這對(duì)專注科研的實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)倒不是個(gè)大問(wèn)題�；�因組編輯蘑菇的故事在2013年10月迎來(lái)一個(gè)決定性地轉(zhuǎn)折，當(dāng)時(shí)楊教授在賓夕法尼亞州立大學(xué)的校友戴維·卡羅爾(David Carroll)偶然來(lái)拜訪他，卡羅爾是Giorgi Mushroom公司的董事長(zhǎng)，他想知道新興的基因組編輯技術(shù)是否可以用于改良蘑菇。鑒于CRISPR產(chǎn)生精準(zhǔn)突變的強(qiáng)大能力，楊教授說(shuō)：“你是想獲得哪種預(yù)期的性狀呢？”卡羅爾建議從抗褐變著手，楊教授當(dāng)即同意可以試一試。

 

　　楊教授明確知道他需要編輯哪個(gè)基因。生物學(xué)家們已經(jīng)鑒定出一個(gè)包括六個(gè)基因的家族，這個(gè)家族的每一個(gè)基因都可以編碼引起褐變的酶(同類的基因也會(huì)引起蘋果和土豆的褐變，這兩個(gè)物種中相應(yīng)基因也已經(jīng)通過(guò)基因組編輯技術(shù)獲得了抗褐變的品種)。其中四種褐變基因會(huì)在蘑菇的子實(shí)體中產(chǎn)生大量的酶，因此楊教授認(rèn)為，如果能夠通過(guò)基因組編輯技術(shù)引入突變，關(guān)閉它們之中某一個(gè)基因的功能，那么他就很有可能減緩褐變的速率。

 

　　借助于CRISPR系統(tǒng)，生物學(xué)家們可以量身定制一個(gè)分子工具來(lái)實(shí)現(xiàn)這類突變，就像一個(gè)集合了羅盤、剪刀和鉗子等功能的多用途刀具一樣，這些工具在完成兩種任務(wù)方面極具優(yōu)勢(shì)：識(shí)別特定的DNA序列以及隨后的剪切過(guò)程(蛋白鉗、或稱為支架蛋白會(huì)在剪切過(guò)程中將每一個(gè)組件固定在特定位置)。特定序列的識(shí)別有賴于一個(gè)稱之為指導(dǎo)RNA的小片段核酸，這一小段核酸是特別設(shè)計(jì)用來(lái)識(shí)別特定DNA序列的，可通過(guò)沃森和克里克提出的 的堿基配對(duì)原則(即A堿基與T堿基配對(duì)，C堿基與G堿基配對(duì))與相應(yīng)序列進(jìn)行互補(bǔ)配對(duì)。如果你設(shè)計(jì)指導(dǎo)RNA的長(zhǎng)度是20個(gè)堿基，那么它將會(huì)以類似GPS的精度在雙孢蘑菇含有三千萬(wàn)個(gè)堿基的基因組DNA上找到與之對(duì)應(yīng)的序列。隨后會(huì)通過(guò)名為Cas9的酶來(lái)進(jìn)行切割，Cas9最初是從奶酪的細(xì)菌培養(yǎng)物中分離出來(lái)的。 我們常說(shuō)的“CRISPR/Cas9”其實(shí)是有點(diǎn)用詞不當(dāng)?shù)模�因�(yàn)镃RISPR是指成簇的、規(guī)律間隔的短回文重復(fù)序列，是指細(xì)菌中才有的小片DNA；而“裝載”了RNA定位序列的Cas9蛋白才是真正的用于植物、真菌和人類DNA編輯的元件，即便沒(méi)有CRISPR的參與，Cas9蛋白也可以行使編輯功能。

 

　　一旦基因組編輯元件在DNA上特定位置切下第一刀，接下來(lái)基因突變的“臟活累活”就完全交給大自然的鬼斧神工去完成了。任何時(shí)候，只要DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)被切開(kāi)，細(xì)胞就會(huì)立馬發(fā)現(xiàn)傷口并且會(huì)進(jìn)行切口的修復(fù)工作。然而，這些修復(fù)反應(yīng)并不是完美無(wú)缺的，這也是CRISPR能夠在產(chǎn)生突變方面如此之強(qiáng)大的原因所在。在修復(fù)過(guò)程中，DNA往往會(huì)有幾個(gè)堿基會(huì)被刪除掉；由于細(xì)胞中的蛋白質(zhì)生產(chǎn)機(jī)器是以三聯(lián)體密碼的形式讀取DNA序列的，因此少數(shù)幾個(gè)堿基的刪除會(huì)徹底破壞后續(xù)的整個(gè)蛋白序列， 因此，“讀碼框的移碼”就會(huì)使得基因完全失活，這就是基因組編輯蘑菇中真實(shí)發(fā)生的情況。在楊教授的研究工作中，一個(gè)微小的DNA序列的刪除使得一個(gè)促使褐變的酶失活——楊教授及其合作者通過(guò)DNA序列分析對(duì)這一突變進(jìn)行了核實(shí)。據(jù)楊教授說(shuō)，任何一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的分子生物學(xué)家都可以在三天時(shí)間內(nèi)建立起一個(gè)量身定制的突變工具，用于編輯幾乎任何生物體內(nèi)的任何一個(gè)基因。

 

　　經(jīng)常使用CRISPR的科學(xué)家們深有同感：它快速、便宜且易操作。楊教授的實(shí)驗(yàn)室僅僅只用了兩個(gè)月時(shí)間就研發(fā)出了抗褐變的蘑菇；對(duì)楊教授來(lái)說(shuō)，這種研究工作已是家常便飯。這一技術(shù)的成本低的令人難以置信。最艱難的一步——合成指導(dǎo)RNA和支架蛋白，僅僅只需要幾百美元；許多小型生物公司現(xiàn)在按照客戶要求制備CRISPR復(fù)合體來(lái)編輯任何任何基因。最大的成本是人力：Xiangling Shen，他是楊教授實(shí)驗(yàn)室的博士后，部分時(shí)間參與這一課題。楊教授說(shuō)到：“如果不考慮人力成本，其成本可能還不到一萬(wàn)美元。”在農(nóng)業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域，這一成本幾乎可以忽略不計(jì)。

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