CRISPR技术显神威：袁隆平院士宣布重大成果--去镉水稻育种成功

近日，“杂交水稻之父”袁隆平院士在2017年国家水稻新品种与新技术展示现场观摩会上宣布了一项重大成果。袁隆平院士介绍说“近期我们在水稻育种上有了一个突破性技术，可以把亲本中的含镉或者吸镉的基因‘敲掉’，亲本干净了，种子自然就干净了。”

CRISPR / Cas9是一种存在与细菌和古菌中的适应性免疫防御机制，在过去的几年中，在包括华人科学家张锋在内的生物学家的努力下，CRISPR / Cas9被不断地发扬光大，用于精确地编辑植物和动物甚至是人类的基因组序列。因具有易于设计和实施、靶向效率更高、成本更低等优势，CRISPR / Cas9已经成为敲除基因以及插入基因和/或基因转录控制的最强大的工具。CRISPR / Cas9已经在动物基因编辑取得了辉煌的成就，比如不久前华人科学家杨璐菡博士使用CRISPR / Cas9技术，成功培养了没有猪内源性逆转录病毒的小猪，将来有望成为人类器官移植的供体。近期CRISPR / Cas9技术成功应用于编辑人类胚胎干细胞，将来有望成功治疗人类遗传疾病。

近几年CRISPR / Cas9基因编辑成功应用于多个重要农业作物，如棉花、玉米、小麦和水稻等，成功改良作物的产量、质量和对环境胁迫的耐受性等。

镉是一种重金属，在自然界一般含量很低，正常环境状态下，不会影响人体健康。但是镉广泛应用于电镀工业、化工业、电子业等领域，导致相当数量的镉通过废气、废水、废渣排入环境，造成污染。农作物尤其是水稻会富集镉，通过食物链进入人体引起慢性中毒，造成肾损伤，进而导致骨软化症，周身疼痛，得所谓的“痛痛病”。此外，慢性镉中毒对人体生育能力也有所影响，它会严重损伤Y染色体，使出生的婴儿多为女性。

中国的镉污染比较严重，尤其是南方地区，大量农田水源受到镉污染，国家农业部稻米质量监督检验中心曾对我国市场的稻米进行安全性抽检，结果镉超标率高达10.3%。更为详细的数据分析结果是：稻米市场上，镉超标的现象普遍存在。水稻又是中国主要的粮食作物，所以解决水稻镉污染问题就显得非常重要。

解决水稻镉污染的方法总体上分为两类，一是治理环境，减少镉污染区域，但是环境治理是个长期的过程，绝非一朝一夕能够有大的改善。

另外一个解决方法就是通过基因工程技术改造水稻，让水稻不再吸收和累积镉。目前已经发现了NRAMP1、NRAMP5、HMA1、HMA3、LCT1等多个基因参与水稻对镉的吸收，之前日本科学家做过NRAMP5基因敲除的水稻，敲除后水稻对镉的吸收大大降低，但是也同时影响了水稻对锰的吸收，从而导致产量下降很多。

此次袁隆平院士团队通过CRISPR / Cas9技术敲除水稻与镉吸收和积累相关的基因，从根本上解决了水稻镉污染的问题，而且产量并没有受到影响。这项重大成果将扭转我国部分农作物重金属超标的问题，进而改善部分人群重金属慢性中毒的问题。影响可谓重大而又深远。

科学的进步总是会带来新的解决方法，基因编辑技术出现之前，通过敲除水稻与镉吸收和积累相关的基因来改变水稻的镉污染几乎是不可想象的。但是短短几年时间，以CRISPR / Cas9为代表的基因编辑技术应用到各个领域，带来了一个个巨大而又深远的影响。