可使育种周期减半拜耳合作伙伴调控减数分裂重组过程加速植物育种首先推进玉米、西红柿等大田作物

Writer： admin Time：2022-06-24 Browse：53

　　原标题：可使育种周期减半，拜耳合作伙伴调控减数分裂重组过程加速植物育种，首先推进玉米、西红柿等大田作物

　　世界上有大约 20 万种植物，被驯化为农作物的有大约 200 种，其中只有 10-15 种是特别重要的粮食作物。

　　去年，联合国粮农组织、粮食计划署和欧盟共同发布了《2021 年全球粮食危机报告》。报告显示，重度粮食不安全飙升至五年来最高水平，至少 1.55 亿人陷入重度粮食不安全状况。

　　而植物育种则为提高农业生产力提供了有力的保证。目前，转基因和传统植物育种的目标都是通过改变基因组成来生产具有改良特性的作物。转基因通过在农作物的基因组中添加一个或多个新基因来实现这一目标；传统育种通过将具有相关特征的植物杂交在一起，并选择具有所需特征组合的后代来实现目标，这是从两个亲本遗传的特定基因组合的结果。

　　植物育种的过程依赖于自然变异的杂交和减数分裂重组的最佳结果的选择。减数分裂重组是配子形成过程中导致亲本遗传物质交换的自然过程。这就是自然界产生遗传多样性的方式，也是我们每个人独一无二的原因。在农业中，这一过程是植物育种和新品种产生的基础。

　　近日，法国一家农业生物技术初创 Meiogenix 宣布入驻康奈尔大学的麦戈文中心企业孵化器。就在去年年底，该公司刚完成由 Sofinnova Partners 牵头的1300 万美元的 B 轮融资。

　　麦戈文是世界顶级农业大学的生命科学孵化器，而该公司的技术就是通过调节和靶向减数分裂重组来加速植物育种过程。

　　入驻麦戈文中心企业孵化器后，Meiogenix 将获得康奈尔大学的学术和研究资源，并专注于商业发展；位于欧洲的部门则会专注于基础研究，并将与 CIRAD（法国国际农业发展研究中心）、居里研究所和汉堡大学的学术团体合作。

　　19 世纪，“现代遗传学之父” 孟德尔通过杂交的方式发现了生物遗传的基本规律，过去 20 年，基因工程技术的发展大大缩短了育种的时间。

　　为了增强作物减数分裂重组产生的遗传多样性，该公司正在设计一种触发减数分裂重组的合成融合蛋白。同时，使用农杆菌介导的基因转移的技术将编码这种蛋白质的转基因导入植物细胞中，一旦转基因进入细胞，融合蛋白就会使植物基因组的目标区域比正常情况更频繁地进行减数分裂重组。Meiogenix 将这种方式称为Chromosome Editing（染色体编辑）。

　　减数分裂重组由进化上保守的 Spo11 蛋白启动。早在 2017 年，研究团队就发表论文，通过将 Spo11 蛋白融合到各种 DNA 识别域，使其能够改变重组起始位点的位置或数量。

　　刺激重组频率的另一种方法是在修复阶段操纵减数分裂 DSB （DNA 双链断裂）的处理。在这项研究中， Spo11 融合允许修改重组起始并产生 DSB 的位置和频率的实验性改变，结果局部增强基因转换和交叉频率。

　　“我们正在加速大自然的工作”，Meiogenix 的首席执行官 Luc Mathis 表示，“农业必须适应气候变化，不再向作物添加化学品。正如我们所做的，最终的产品中并没有外来 DNA，甚至没有突变 —— 这是完全自然的。” Mathis 拥有 15 年的生物技术业务开发和启动管理经验，他曾是 Calyxt（纳斯达克股票代码：CLXT）的前首席执行官，该公司是农业基因编辑领域的领先公司。

　　Meiogenix 显然对上述育种方式信心满满。官网显示，基于自然重组过程的 Meiogenix 产品开发可将冗长的育种周期从 6-13 年减少到 3-7 年，并且允许开发由于连锁阻力而无法使用的全新复杂性状或天然生物多样性。

　　Meiogenix 也将聚焦于三方面：1）将基因编辑或转基因合理转移到大量商业种质中，以限制数百或数千种地理优化种质的自交操作负担；2）去除连锁阻力：从野生品种的低农艺性能中分离有用的性状，例如增强对害虫的免疫力或提高品质；3）通过汇集大量遗传分子，产生复杂的性状，如风味、香味、耐旱性或水分利用效率。

　　生物体亲代传递给子代的遗传物质，往往存在于特定品种之中。如古老的地方品种、新培育的推广品种、重要的遗传材料以及野生近缘植物，都属于种质资源的范围。2021 年 1 月 12 日，中国农业科学院副院长、中国工程院院士万建民表示，中国保存种质资源总量突破 52 万份，位居世界第二。

　　虽然像 CRISPR 等基因编辑技术通过编辑基因中的 DNA 来关注微小的变化，但 Meiogenix 称使用染色体编辑可以实现对产量、疾病耐受性、健康和质量等复杂性状的定向育种。

　　“我们希望通过这种新型植物育种方式，帮助将可持续、多样化和经济上可行的健康食品推向市场，” Mathis 表示。

　　除了 Luc Mathis 坐镇之外，该公司的首席科学家 Alain Nicolas 博士曾在哈佛医学院的实验室进行博士后研究期间，他确定了酿酒酵母中减数分裂重组的第一个起始位点。他的团队致力于对酵母中减数分裂重组启动的机制和控制进行分子分析，并将研究扩展到了复制、DNA 修复、基因组不稳定性、基因组学和人类遗传学等领域。

　　此外，康奈尔大学的 Gagan Sidhu 博士也加入 Meiogenix，将负责基因组学和性状组。也正是她在康奈尔大学对细胞生物学和玉米重组的研究引起了 Meiogenix 的注意。

　　2020 年初，Meiogenix 开始与作物科学巨头拜耳合作，开发植物育种和基因组编辑技术。大约在同一时间，该公司与康奈尔大学合作改良玉米。随着公司加入麦戈文中心，他们将专注于推进西红柿和其他大田作物。

　　“与拜耳的合作将使 Meiogenix 能够进一步开发其针对减数分裂重组的技术，并将其扩展以允许更广泛地控制这一重要的生物过程。”

　　然而，需要注意的是，这项技术也将受到欧洲对转基因生物的限制性规定，这意味着自法规最初制定以来开发的任何技术，包括 CRISPR 基因编辑，现在都受制于与转基因生物相同的法规。而这些法规将如何影响这项技术的推出还有待时间的验证。

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