瞻觀前沿

加州大學(xué)伯克利分校(UCB)的研究人員最近取得了一項(xiàng)重大突破，他們成功通過改變上游調(diào)控DNA來(lái)提高糧食作物的基因表達(dá)。這項(xiàng)研究代表了一種全新的基因編輯方法，與以往利用CRISPR/Cas9基因編輯消除或減少基因表達(dá)的研究不同，這種方法可以增強(qiáng)基因表達(dá)并促進(jìn)下游光合作用。

該研究的主要作者、加州大學(xué)伯克利分校Niyogi實(shí)驗(yàn)室前博士后研究員Dhruv Patel-Tupper表示：CRISPR/Cas9等工具正在加速我們微調(diào)農(nóng)作物基因表達(dá)的能力，而不僅僅是敲除或‘關(guān)閉’基因。過去的研究表明，這種工具可用于減少涉及重要權(quán)衡的基因表達(dá)，例如植物結(jié)構(gòu)和果實(shí)大小之間的權(quán)衡。據(jù)我們所知，這是第一項(xiàng)研究，我們?cè)儐柺欠窨梢允褂孟嗤姆椒▉?lái)增加基因的表達(dá)并以無(wú)偏的方式改善下游活動(dòng)。

這項(xiàng)研究發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上，是實(shí)現(xiàn)提高光合效率(RIPE)項(xiàng)目的一部分，該項(xiàng)目是由伊利諾伊大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)國(guó)際努力，旨在通過提高糧食作物的光合效率來(lái)增加全球糧食產(chǎn)量。

與利用其他生物基因改善光合作用的合成生物學(xué)策略不同，參與光保護(hù)過程的基因天然存在于所有植物中。受到2018年《自然通訊》論文的啟發(fā)，該論文通過在植物中過度表達(dá)這些基因之一Psbs來(lái)提高作物的水分利用效率，Niyogi實(shí)驗(yàn)室及其負(fù)責(zé)人Kris Niyogi想要弄清楚如何在不添加外來(lái)DNA的情況下改變植物原生基因的表達(dá)。鑒于大米是一種主食，并且三種關(guān)鍵的光保護(hù)基因各只有一個(gè)副本，因此它被選為本研究的理想候選者。

DNA中增加基因表達(dá)的變化比我們預(yù)期的要大得多，也比我們?cè)谄渌愃茍?bào)道中看到的要大得多，美國(guó)農(nóng)業(yè)部美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)科技政策研究員Patel-Tupper說。

這項(xiàng)研究的成功為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域帶來(lái)了新的希望，通過微調(diào)植物基因表達(dá)來(lái)增加作物產(chǎn)量和改善作物的光合效率。這將對(duì)全球糧食安全產(chǎn)生重大影響，為解決全球糧食短缺問題提供了新的思路和方法。加州大學(xué)伯克利分校的這一項(xiàng)研究成果無(wú)疑將為農(nóng)業(yè)科學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)新的突破和進(jìn)展。

(圖片來(lái)源：攝圖網(wǎng))

技術(shù)價(jià)值觀察

從產(chǎn)業(yè)鏈整體環(huán)節(jié)來(lái)看，不同于其他行業(yè)，基因編輯行業(yè)上游通常不是企業(yè)，而是科研機(jī)構(gòu)、高等院校等研究團(tuán)隊(duì)，這些研究團(tuán)隊(duì)將專利授權(quán)給中游的生物科技公司，同時(shí)，生物科技公司通過對(duì)科研團(tuán)隊(duì)投資以共享專利。中游的生物科技公司可分為兩大類，一類是基因編輯產(chǎn)品供應(yīng)商，一類是基因編輯技術(shù)服務(wù)商，產(chǎn)品供應(yīng)商指試劑盒、病毒載體及核酸序列合成等供應(yīng)商，技術(shù)服務(wù)商通常提供相關(guān)的技術(shù)平臺(tái)。下游終端客戶主要包括CRO公司、制藥公司、生物技術(shù)公司、科研機(jī)構(gòu)四大類。通常，生物科技公司為這些下游公司提供產(chǎn)品和技術(shù)，相應(yīng)的，下游公司會(huì)對(duì)生物科技公司進(jìn)行投資或與其合作以共享產(chǎn)品。

加州大學(xué)伯克利分校(UCB)的研究人員通過改變上游調(diào)控DNA來(lái)提高糧食作物的基因表達(dá)促進(jìn)下游光合作用。該技術(shù)處于基因編輯產(chǎn)業(yè)鏈上游環(huán)節(jié)。

宏觀市場(chǎng)觀察

基因編輯細(xì)分技術(shù)對(duì)比

較為常用的基因編輯技術(shù)主要為ZFN技術(shù)、TALEN技術(shù)以及CRISPR/Cas9技術(shù)，依此為第一代、第二代、第三代基因編輯技術(shù)。從操作應(yīng)用方面，識(shí)別精度、識(shí)別效率、剪切效率逐漸提升，成本逐漸下降，商業(yè)化程度逐漸提升。

三種基因編輯技術(shù)的比較：CRISPR/Cas的優(yōu)勢(shì)明顯

作為革命性的基因編輯技術(shù)，CRISPR/Cas的優(yōu)勢(shì)非常明顯，相較于ZFNs和TALENs，CRISPR/Cas的設(shè)計(jì)難度和構(gòu)建難度都要小的多，成本更低，開發(fā)周期更短，靶向修飾效率更高，此外CRISPR/Cas還具有可以多靶點(diǎn)編輯和可以編輯RNA的優(yōu)勢(shì)，這是前兩種技術(shù)所不具備的。

基因編輯科研發(fā)展方向

從我國(guó)基因編輯行業(yè)相關(guān)科研項(xiàng)目的主題詞來(lái)看，CRISPR技術(shù)是當(dāng)前我國(guó)基因編輯領(lǐng)域中最熱門的技術(shù)，通過統(tǒng)計(jì)主要主題詞頻，可以看出，CRISPR出現(xiàn)次數(shù)較多，同時(shí)，基因編輯另外兩項(xiàng)技術(shù)ZFN、TALEN未出現(xiàn)在主要主題的統(tǒng)計(jì)列表中，表明其作為主題詞出現(xiàn)的次數(shù)低于70次。

注：基因編輯相關(guān)包括主題詞基因編輯、基因編輯技術(shù)、基因組編輯、基因組編輯技術(shù);CRISPR相關(guān)包括CRISPR/Cas9、CRISPR、CRISPR-Cas9、CRISPR/Cas。

中國(guó)基因編輯技術(shù)賽道熱力圖

根據(jù)產(chǎn)業(yè)熱力圖顯示，目前基因編輯關(guān)鍵技術(shù)強(qiáng)相關(guān)的城市集群主要集中在華中和粵港澳大灣區(qū)，尤其是河南省成為重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域。這些城市群已投入大量政策、資金、環(huán)境和人才資源用于基因編輯研發(fā)，成為潛在的基因編輯技術(shù)發(fā)展中心。根據(jù)熱力圖的分布華北地區(qū)有極大的可能性成為基因編輯技術(shù)的先導(dǎo)區(qū)域。重點(diǎn)關(guān)注河南省周口市沈丘縣、江西省宜春市萬(wàn)載縣、廣東省深圳市南山區(qū)等地的相關(guān)企業(yè)，以及這些地方對(duì)基因編輯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的投資環(huán)境和潛力市場(chǎng)。

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