基因組編輯技術為動植物遺傳改良提供了革命性遺傳操作工具。但在基因組編輯過程中，通常需要將外源載體導入生物體細胞內，在基因組編輯完成后，再篩選出不含外源成分的材料個體。

隨著基因編輯產品大規模商業化的不斷逼近，如何檢測這些外源成分成為各國政府加強管理的一個重要技術前提。

近日，中國科學院院士、中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員李家洋團隊與中國農業科學院中國水稻研究所研究員王克劍團隊合作，在《中國科學—生命科學》發布了一種對外源成分進行精確分析的工具。它不依賴傳統的聚合酶鏈式反應(PCR)等分子檢測手段，可一次性完成對4萬多種不同外源成分序列的檢測。

傳統方法難以應對基因編輯“井噴”

中國科學院院士曹曉風表示，基因組編輯技術有望帶來新一輪農業科技革命，世界各國在這一研究與應用領域正展開激烈角逐。

“生物技術是推動現代農業產業發展的核心動力，是提升國家農業競爭力的戰略利器。基因組編輯作為新興的革命性技術，有望顛覆傳統農作物育種模式，具有巨大的發展潛力和經濟價值。”中國工程院院士萬建民指出。

萬建民說，美國、日本、加拿大、澳大利亞、巴西、阿根廷等多個國家已陸續出臺多項基因組編輯產品安全管理政策，將不引入外源成分的基因組編輯作物等同于常規育種作物進行管理，簡化基因編輯作物的審批流程，并積極推進基因編輯產業的全球化布局。

曹曉風強調，這其中，有無外源成分是基因組編輯產品是否需要接受政府監管的主要依據。

王克劍告訴《中國科學報》，外源成分檢測主要采用PCR等分子檢測手段。但是，基于PCR的檢測方法需要已知外源片段序列才能設計擴增引物，一次只能對少數幾個完整的外源成分進行檢測。“在外源片段序列未知或在體內出現變異等情況下，基于PCR的方法將無法對其進行有效檢測，導致漏檢。”

另外，基于PCR的檢測方法易受實驗條件的影響，導致假陽性或假陰性情況的發生。

“為應對未來幾年全球基因編輯產品即將呈現的‘井噴’態勢，急需建立一套科學嚴格的基因編輯產品檢測標準，以此保障基因編輯產品的安全。”萬建民說。

實現外源成分的自動識別

這種對外源成分進行精確分析的工具被稱為外源成分探測器(FED)。

王克劍介紹，美國國立生物技術信息中心和addgene等生物數據庫收集了各國科研人員遞交的不同物種的各類載體序列信息。“我們把相關數據下載后整理歸類，建立了外源成分數據庫。”

目前，研究團隊建立的外源成分數據庫中有46695種不同外源成分序列的信息。FED可以將被檢測產品的全基因組序列直接和該數據庫中的信息進行比對，從而找出是否有相同或相似的外源成分。

因此，不同于傳統的PCR檢測，FED可在外源成分信息未知的情況下，一次性完成對46695種不同外源成分序列的檢測。同時，FED還可精確鑒定出外源成分的片段長度及在基因組上的插入位置。

“這個方法就像在人臉識別系統中錄入每一個人的頭像，以后就可以自動采樣識別人臉。大數據識別操作簡單、識別精準、效率高。”王克劍說，而傳統的PCR方法是針對每一個人臉的特征進行局部檢查，需要個性化設計實驗，檢查后再核對一致性。

曹曉風指出，該基因編輯外源成分檢測分析平臺，從全基因組水平對動植物基因組編輯產品的外源成分進行鑒定分析，猶如給基因組編輯產品的監管配上最先進的“人臉識別”技術，通過基因組大數據分析使外源成分無所遁形。

實時更新的檢測分析平臺

目前，FED已經內置了24種植物和13種動物的參考基因組信息，有望為全球基因組編輯生物的應用和安全監管提供重要工具平臺。王克劍告訴《中國科學報》，外源成分數據庫的信息還在不斷更新。

萬建民說，這一基因編輯產品外源成分檢測分析平臺，從全基因組水平對常見外源成分進行大數據分析，且該平臺內置的外源成分數據庫可以根據全球最新研究進展進行實時更新，有力保障了基因編輯產品不受外源成分的污染。該檢測分析平臺還實現了基因編輯外源成分檢測從傳統實驗鑒定到大數據智能分析的迭代升級，具有高精度、高通量和適用范圍廣等優點，為基因編輯產品產業化提供安全保障，為基因編輯產品監管政策制定提供科學依據。

曹曉風說，該檢測分析平臺具有超高通量、準確率高、兼容性強等諸多優點，還可不斷延展，接納來自全球的更新數據。該檢測方法有望顛覆傳統外源成分監管手段，為全球基因組編輯監管體系建設賦能，加速推動基因組編輯產品的安全、有序上市。(李晨)