基因组编辑技术及其安全管理

沈平，章秋艳，杨立桃，张丽，李文龙，梁晋刚，李夏莹，王颢潜，沈晓玲，宋贵文

（1农业部科技发展中心，北京 100122；2农业部环境保护科研监测所，天津 300191；3上海交通大学，上海 200240；4中南民族大学生命科学学院，武汉 430074；5天津市农业科学院，天津 300381）

基因组编辑技术及其安全管理

沈平1，章秋艳2，杨立桃3，张丽4，李文龙1，梁晋刚1，李夏莹1，王颢潜1，沈晓玲5，宋贵文1

（1农业部科技发展中心，北京 100122；2农业部环境保护科研监测所，天津 300191；3上海交通大学，上海 200240；4中南民族大学生命科学学院，武汉 430074；5天津市农业科学院，天津 300381）

基因组编辑技术利用核酸酶对生物体内的DNA双链进行断裂，并以非同源末端连接或同源重组的方式对基因组DNA特定位点进行突变、缺失或者基因的插入与替换。锌指核酸酶、转录激活因子样效应物核酸酶、成簇规律间隔短回文重复序列是目前基因组编辑技术应用中的3种关键核酸酶。基因组编辑技术已在植物基因功能、育种等领域广泛应用，特别是基于成簇规律间隔短回文重复序列的基因编辑技术 CRISPR-Cas9。具有优良性状的基因组编辑大豆、玉米等产品已逐步从实验室走向田间，基因组编辑作物展现了较传统转基因作物更为优越的应用前景。本文简要概述了主要使用的3种基因组编辑技术及其原理。对这些技术的优缺点进行了分析，并依据物种分类梳理了利用上述3种技术在动物、植物中突变体建立、基因功能研究、分子育种等方面的研究进展。同时，针对基因编辑产物的产业化应用前景，讨论了基因编辑技术及其产品较传统转基因技术产品的优势，分析了基因编辑技术及其产品可能因脱靶效应而引发的生物安全风险,介绍了美国、欧盟等国家对基因编辑技术及其产品安全管理和商业化应用的政策。文章结合中国现行法规对转基因生物的定义及安全评价（实质等同、个案分析）原则，讨论了基因编辑技术及其产品的安全管理，初步提出了基于传统转基因生物安全评价框架的基因编辑产品的安全评价和管理思路。针对基因编辑产品需要按照个案原则进行评价和管理，安全评价重点开展分子特征及食用安全评价；同时需要针对基因编辑技术的特点建立更加有效、特异的检测新方法，实现对基因编辑产品的有效监测，以促进基因组编辑产品的商业化应用。

基因组编辑；转基因生物；安全监管

随着分子生物学的迅速发展，能够实现对生物体基因组精确编辑的多种基因组编辑（genome editing）技术相继出现。可对生物体基因组进行精确地敲除、插入或置换的这些技术已被用于动物、植物基因组的改造，作为一种新型技术展现出在基因工程技术育种中的巨大潜力。基因组编辑技术为“按需定制”的新型分子育种提供了技术保障，将会广泛应用于现代农业育种。基因组编辑技术虽然具有高精确性，但由于其脱靶效应的存在，可能为基因组编辑技术产品带来潜在的安全性问题，也为基因组编辑技术产品的安全管理带来新的挑战。

1 基因组编辑技术简介

基因组编辑技术是指对基因组进行定点修饰和改变的技术。该技术主要利用序列特异性的DNA结合结构域和非特异性的 DNA修饰结构域组合而成的序列特异性核酸内切酶（sequence specific nuclease, SSN）在基因组特定位置对双链DNA进行定向切割，进而激活细胞自身的修复机能来实现基因敲除、定点插入或替换等定向改造[1]。这种技术能够在不改变目标生物基因组整体稳定性的基础上，在目标位点产生碱基缺失或插入，实现对单一或多个性状的消除或获得，研究基因的功能，进而应用于生物育种、临床治疗等领域。

目前，基因编辑技术主要有：锌指核酸酶（zinc finger nuclease，ZFN）[2]、转录激活因子样效应物核酸酶（transcription activator-like effector nucleases，TALEN）系统[3]、规律成簇的短回文重复序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats，CRISPR）/ CRISPR关联蛋白（CRISPR-associated proteins，Cas）系统[4]、格氏嗜盐碱杆菌的 Argonaute蛋白（Natronobacterium gregoryi Argonaute, NgAgo）核酸酶[5]和结构引导的内切酶（structure-guided nuclease，SGN）系统[6]等，其基本原理是核酸内切酶在基因组的特定位点切割DNA双链，然后利用细胞自身的DNA损伤应答机制，以同源重组修复（homologydirected repair，HDR）或非同源末端连接（nonhomologous end joining，NHEJ）的方式修复断裂DNA双链，从而实现外源基因的插入、一个或多个碱基的缺失或替换，使目的基因的功能发生改变。上述5种基因组编辑技术的主要区别在于对序列的靶向识别方式和机制。ZFNs和 TALEN是利用蛋白与DNA结合方式靶向特定的基因组位点，而CIRISPR/ Cas9、NgAgo和 SGN系统则利用简单的核苷酸互补配对方式识别结合基因组靶位点。

ZFNs是经过人工改造的核酸内切酶，由特异性DNA结合结构域和非特异性切割域核酸内切酶FokⅠ两部分组成。结合结构域由一系列串联的具有Cys2-His2结构的锌指蛋白构成[2]。每个锌指蛋白识别并结合一个特异的碱基三联体，结合域能识别一段 9—12 bp的碱基序列。在基因组靶标位点左右两边各设计1个ZFN，识别结构域会将2个ZFN结合到特定靶点，当2个识别位点间距为6—8 bp时，2个FokⅠ单体相互作用形成二聚体，行使酶切功能对目标 DNA双链进行切割，实现基因组编辑。

TALEN的构成与ZFN相似，由改造的TALE蛋白 DNA结合域和 FokⅠ核酸酶两部分融合而成，TALEN蛋白最初来源于黄单胞杆菌。TALEN和ZFNs的差别在于特异性的结合结构域，其DNA结合域由13—28个串联的具有DNA识别特异性的高度保守的重复单元组成。每个重复单元含有大约34个氨基酸，且不同单元的氨基酸序列非常保守，仅第12和13位氨基酸不同。这两个可变氨基酸被称为重复可变的双氨基酸残基（repeat variable-diresidue，RVD），它们决定重复单元的DNA识别特异性。TALEN根据靶标位点两侧的序列设计一对TALEN，结合到对应的识别位点后，2个 FokⅠ单体相互作用形成二聚体，对靶标序列进行切割，实现基因修饰[3]。

CRISPR-Cas9系统基于细菌降解入侵的病毒DNA或其他外源DNA的免疫机制而产生，由CRISPR和及其相关Cas蛋白组成。该系统先产生与靶标序列对应的RNA序列，与病毒或质粒的DNA互补形成RNA-DNA复合结构，然后引导 Cas9内切酶对目的DNA双链进行切割，使DNA双链断裂，进而对基因组进行编辑[4]。靶序列通常由23个碱基组成，包括与小向导RNA（small guide RNA，sgRNA）碱基配对的前20个碱基，以及3'端Cas9识别的三核苷酸NGG序列PAM（protospacer adjacent motifs，PAM）。Cas9切割位点位于PAM上游3nt处。靶序列的结合特异性是由sgRNA和PAM序列共同决定的。Cas9蛋白不需要形成蛋白二聚体起作用，而向导RNA（guide RNA，gRNA）通过碱基互补配对决定靶序列的特异性。因此，CRISPR/Cas9系统大大降低了技术门槛，一经面世就迅速得到广泛应用。

NgAgo-gDNA系统的工作原理与 CRISPR-Cas9类似，都是在引导序列的引导下，核酸酶对特定位点的基因序列进行切割，从而进行基因编辑。不同的是NgAgo-gDNA系统中的内切酶是源自格氏嗜盐碱杆菌的 Argonaute蛋白，引导工具是一段引导 DNA（guideDNA，gDNA）[5]。

SGN系统利用了一种能识别3′flap结构的内切酶FEN1（flapstructure-specific endonuclease1）。FEN1与Fn1（FokⅠ）的剪切结构域结合起来可以识别靶序列与gDNA形成的3′flap结构，通过Fn1二聚化对靶序列进行切割，实现基因组的编辑[6]。

新型基因组编辑技术的兴起，已经开启了基因组工程的一个新篇章。特别是CRISPR-Cas9系统已成功应用于植物、细菌、酵母、鱼类及哺乳动物细胞，为构建更高效的基因定点修饰技术提供了全新的平台，是目前最高效的基因组编辑系统[7]。

2 国内外研究与应用现状

基因组编辑技术已被广泛应用于多种模式生物靶基因的定点断裂、插入、缺失、替换等编辑，积极推动了生物体基因功能研究、作物遗传改良和分子育种以及人类疾病的基因治疗等领域的发展。2012年和2013年《Science》分别将TALEN和CRISRP/Ca9技术评为年度十大重要科学突破，2014年《Nature Methods》将基因组编辑技术评为过去十年中对生物学研究最有影响力的十项研究方法之一。ZFN、TALEN和CRISPR/CAS9技术已成功用于黑长尾猴、大鼠、线虫、小鼠、中国仓鼠、非洲爪蟾卵细胞、斑马鱼、果蝇、海胆、家蚕、拟南芥、烟草、玉米、大豆等模式生物的细胞或胚胎的内源基因的定点突变，特别是在果蝇、斑马鱼、大鼠等物种中获得了可稳定遗传的突变体[8-14]。部分已经报道的基因组编辑的物种和基因等信息见表1[15-30]。

在动物或人类的基因治疗等应用中，由于现有的基因组编辑技术存在一定的脱靶效应，可能造成致命的后果，其安全性备受关注。在植物生产中，脱靶效应不是应用的主要制约因素。因此，在培育过程中可以通过全基因组测序、分子检测等手段可评价是否存在脱靶，或通过与亲本多次回交降低脱靶位点的频率，从而可以有效避免因脱靶效应带来的潜在风险[31]。因此，基因组编辑植物产品的开发和应用相对成熟。迄今为止，基因组编辑植物已经开始商业化生产和应用。2009年，SHUKLA等[32]利用ZFN将除草剂抗性基因导入玉米基因组的预设位点，破坏玉米中的ZmIPK1，抑制肌醇六磷酸的合成，获得了抗除草剂和减少肌醇六磷酸水平的植株。CAI等[33]利用ZFN改变烟草植物细胞单个基因的序列，获得了耐除草剂的烟草。2012年，爱荷华州立大学LI等[34]利用TALEN技术对水稻感病基因OsSWEET14进行编辑后，提高了水稻对白叶枯病的抗性；2012年，美国政府已经批准了首个基因组定向修饰的磷高效玉米，可以直接作为常规品种进行田间评价。2014年，美国Cellectis Plant Sciences公司利用基因组编辑敲除大豆脂肪脱氢酶2个基因家族，得到的大豆中油酸含量从20%提高到80%，并降低了储存中易发生氧化的亚油酸含量，显著改善了大豆油的品质[35]。2015年，美国Calyxt公司利用TALEN技术对一个马铃薯品系进行了基因编辑，降低了天门冬酰胺和单糖的含量，提高马铃薯的耐储藏性，并减少高温烹饪时产生的致癌物质丙烯酰胺[35]。Calyxt公司还利用TALEN技术研发了2种大豆改良品系，其单不饱和脂肪酸的含量与橄榄油和菜籽油相当。2016年，杜邦公司利用CRISPR技术将自然存在的糯玉米性状直接引入优秀的高产杂交品种中，解决了糯玉米产量低的问题[36]。2016年，利用CRISPR技术对双孢菇（Agaricusbisporus）中一类编码导致褐变的多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）基因家族进行了删除，将PPO酶的活性降低了30%，让双孢菇抗褐变[37]。

中国基因组编辑技术进展迅速，特别是在转基因动物领域。2016年，GAO等[5]和XU等[6]发明了新的基因组编辑技术NgAgo和SGN。高彩霞等通过基因组编辑水稻甜菜碱乙醛脱氢酶基因（OsBADH2），改善了稻米的香味品质[38]；在小麦中，同时敲除 A、B和 D基因组上 3个拷贝的白粉病基因（mildew resistance locus O，MLO），获得了对白粉病具有广谱和持久抗性的小麦材料[39-40]。2011年，YU等[41]通过ZFN技术成功地在牛上实现了基因定点突变，得到了β-乳球蛋白基因敲除牛。2012年，QIAN等[42]利用ZFN技术制备了肌肉生长抑制素（myostatin，MSTN）基因编辑梅山猪，该猪具有显著的高瘦肉率表型，并进入转基因生物安全评价的环境释放阶段；在2013年和2014年又利用TALEN技术制备了MSTN基因编辑梅山猪和大白猪（未发表），并进入转基因生物安全评价的中间阶段。2013年，LIU等[43]利用ZFN技术将溶葡萄球菌素（lysostaphin）基因插入到 β-酪蛋白（beta-casein）基因座，制备的基因编辑牛的乳腺能够生成溶葡萄球菌素蛋白；2014年，LIU等[44]通过ZFN技术将人溶菌酶（human lysozyme，hlyz）基因插入到牛的β-酪蛋白基因座，获得的转基因牛的乳汁中可分泌人溶菌酶，具有杀死金黄色葡萄球菌的能力。2015年，WU等[45]利用TALENs技术将胞内病原体抗性基因1（intracellular pathogen resistance1，Ipr1）定点插入牛的基因组中，使转基因牛获得了抵抗结核病的能力，为中国抗结核病转基因牛新品种培育奠定了良好的基础。2016年，LUO等[46]利用TALEN技术将人血清白蛋白基因定点插入到牛β乳球蛋白座位上，并制备了转基因牛。同时，中国学者利用基因组编辑技术，发掘了Rosa26[47]、H11[48]等“友好基因座”位点，制备了一批具有重要医学价值的人类疾病模型[49-52]及生产人药用蛋白的动物生物反应器[53-54]。

表1 使用ZFN、TALEN和CRISPR/Cas对生物体进行基因组修饰统计表Table1 List of the applications of genome editing using ZFN, TALEN, and CRISPR/Cas systems

ZFN系统由于锌指单元与靶序列结合的特异性有限，其脱靶效应较高，限制了ZFN技术的应用。TALEN和CRISPR/Cas9系统特异性高，脱靶效应较低，已经基本上代替了ZFN用于基因组编辑。特别是CRISPR/Cas9系统具有构建简单、突变效率高、成本低、多靶点同时突变等优点，被广泛地应用于动植物的精准遗传改良[11-12]。2016年，NgAgo和SGN两种新的基因组编辑技术被首次报道，引起了科学界的热议，其有望成为继CRISPR/Cas9技术之后的更具突破性和适用性的基因组编辑技术。但是，针对这两种新编辑技术的未来还需要更多的试验和实际应用来进行验证。

3 基因组编辑技术主要优势

3.1 较高的安全性

基因组编辑技术在进行基因敲除或替换时，序列和结构特异核酸酶的整合位点与靶基因位点通常不在同一染色体上，通过后代的自然分离即可获得无转基因痕迹的遗传材料。如果采用序列特异核酸酶的瞬时表达等方法，可使人工核酸酶基因不整合到受体基因组的同时获得基因定点敲除或替换突变体。基因组编辑获得的突变体一般只有几个碱基的删除或者改变，与传统的天然突变、人工诱变和种内杂交获得的遗传材料相类似，而且基因组编辑引发的突变是定向的，相比非定向的传统诱变技术可以很大程度减少随机突变所带来的非预期效应。在定点插入方面，基因组编辑技术主要是利用同源重组的方式，可以做到外源DNA序列的定点插入整合，与传统转基因技术相比，极大地减少了由于随机插入和整合所带来的非预期效应产生的安全性风险。因此，从技术层面上基因组编辑技术比传统的转基因技术具有较高的安全性。

3.2 多位点突变

利用TALEN或CRISPR技术，可以将多个序列特异性核酸内切酶识别位点同时导入细胞，实现DNA片段删除、倒位、易位等染色体重组及多基因敲除[11-12]。染色体重组和多基因敲除是反向遗传学研究的重要技术手段。利用多基因敲除技术可提高复杂数量性状基因功能研究的效率，构建多基因缺失突变体，实现多个关联基因的功能网络研究。同时，也可以通过构建成千上万基因的大规模向导sgRNA文库，从全基因组层面进行定点敲除、抑制、激活，再结合功能性筛选平台和深度测序技术，实现高通量方式进行全基因组范围的饱和筛选，全面认识基因的功能和相互作用网络。

3.3 研发成本低

基因组编辑技术最显著的特点是“精准靶定目标位点”，突破了传统转基因技术外源基因“随机插入”受体基因组的瓶颈，直接将基因型和表现型联系在一起，极大地减少了需要筛选的群体样本数量，可准确判断基因的功能和育种应用价值，提高了产品研发速度，降低了研发成本。另外，如CRISPR/Cas9系统通过不断改进，其载体构建更加简单易行，靶向效率更高，极大地降低了实验室研发成本。

4 基因组编辑技术产品安全管理的探讨

基因组编辑技术及其产品已经从实验室研究阶段逐步进入产业化应用阶段，基因组编辑产品将对农牧渔业生产、粮食安全、医疗健康产业等国计民生产生重大而深远的影响，其潜在经济效益更是不可估量。在分子育种方面，基因组编辑技术已经展现了较传统转基因技术高效、精准、经济等优势，未来将会有大量的基因组编辑作物新品种出现。鉴于世界各国对于转基因技术及转基因产品的安全性的高度关注和争议，通过基因组编辑技术获得的产品的安全性将会同样引起全社会的关注。中国在基因组编辑技术研究和应用方面已处于世界前列，理应尽早思考和规划即将出现的基因组编辑技术产品和新品种的安全性及其安全性管理，促进其产业化应用，切实为国家的生物安全和粮食安全作出重要贡献。

4.1 国外安全评价和管理现状

自2014年开始，欧美等国多家公司相继研发生产了源于基因组编辑技术的作物新品种，并向本国政府提交了这些新品种的商业化应用申请。由于基因组编辑技术作为一种新的技术，世界各国还没有明确的、针对性的法律法规，目前，对于这类产品的安全性及其安全管理很大程度上还处于讨论阶段或者是发布初步的管理建议。

2015年7月，美国白宫表示，将对1992年颁发的《生物科技产品的审核框架》进行修订，重新明确美国食品与药物监督管理局（FDA）、美国农业部（USDA）和美国环境保护署（EPA）在判定转基因动植物安全性中的地位和作用。此外，针对新型技术的审核过程也将进行更新修正。如对基因组编辑产品的监管遵循个案分析的原则，以科学为基础开展。美国农业部认为某些基因组编辑作物与传统育种得到的作物相似，基因组编辑作物不需要像转基因产品那样进行审批管理。2016年 5月，美国农业部宣布利用CRISPR-Cas9基因组编辑的蘑菇和玉米不属于转基因生物监管范畴[53]。2015年，阿根廷决定针对新的育种技术产品（包括基因组编辑技术产品），实施“个案分析”的管理审批政策，如果确认最终产品不含有外源基因，则不属于转基因生物监管范畴[56]。2013年，澳大利亚新西兰食品标准局建议，简单的碱基缺失的基因组编辑技术产品不属于转基因产品，但是有新的外源DNA插入的基因组编辑产品仍将被认为是转基因产品进行管理。日本明确表示基因组编辑产品不属于转基因产品的范畴，和常规作物产品一样。加拿大对于基因组编辑产品的管理基于产品管理的原则，关注其是否产生新的性状，而不考虑利用什么样的技术获得新性状[57]。历来对转基因产品持相对保守态度的欧盟也在审视其针对基因组编辑技术的政策。欧盟委员会已启动了对“转基因生物体”定义的法律审查程序，重新定义转基因生物体。欧洲食品安全局转基因生物小组则表示，如果新品种中无外源遗传物质且基因组编辑产生改变与自然突变无法区分，不应作为转基因产品对待。欧洲科学院科学咨询委员会认为，需要对新产品进行评估，不对育种技术进行风险评估。

4.2 中国安全评价和管理探讨

中国已利用基因组编辑技术研发了一系列的水稻、小麦和动物等新品系[38-54]，具有良好的商业化生产应用前景。为此，中国农业管理部门十分重视基因组编辑技术产品的安全性及其安全管理，努力为新产品的生产应用保驾护航。以李家洋院士牵头的研究小组，提出了基因组编辑作物管理框架，包括5个关键点，即：（1）产品在实验室和田间试验阶段，应该严格控制管理，避免向外界逃逸。（2）如果开发过程中基因编辑的元件以DNA载体的形式引入，必须确保基因组编辑作物中的外源DNA被完全去除。（3）准确报告记录靶标位点处详尽的DNA序列变化。如果通过同源重组引入了新的序列，需确定供体和受体的亲缘关系，以此来表征引入的序列与遗传背景是否有新的相互作用可能性。若通过同源重组引入的外源基因与受体亲缘关系很远，须具体情况具体分析。（4）确保产品中的主要靶点没有发生非预期的二次编辑事件，并基于现有参考基因组信息和全基因组重测序技术，评价是否发生脱靶效应及其可能的安全性风险。（5）以上4点应在新品种登记资料中详细说明备案。只有在满足上述5个条件的基础上，基因组编辑作物产品在进入市场之前才能和常规育种作物同等监管[55]。

在上述基因组编辑作物管理框架的基础上，结合中国转基因生物安全管理条例，从以下4个方面探讨了中国今后对于基因组编辑作物的安全性评价和管理。

4.2.1 明确基因组编辑技术产品的安全管理范畴中国《农业转基因生物安全管理条例》第三条明确定义，“本条例所称的农业转基因生物，是指利用基因工程技术改变基因组构成，用于农业生产或者农产品加工的动植物、微生物及其产品”。基因组编辑技术主要是对基因组DNA序列进行定向修饰的技术，其属于基因工程技术范畴。根据上述定义，通过基因组编辑技术获得的农作物其产品，应该属于农业转基因生物，应依法纳入农业转基因生物安全管理范畴。但由于《条例》主要是针对第一代转基因技术而言，即通过基因工程技术，在受体基因组上插入整合了外源DNA序列，而获得的具有新的性状的产品。基因组编辑技术主要用来对靶标基因进行精准修饰或将目标基因定点整合到基因组中，对内源基因进行精准修饰时只在操作过程中涉及外源DNA的导入，筛选的后代中只有目标基因被修饰而不含有外源DNA，与传统诱变育种获得的最终产品相似，因此，建议将进行基因精准修饰获得的少量碱基缺失、替换或者敲除的突变体类新产品视为特殊农业转基因产品，可简化这一类产品的安全评价和管理。通过基因组编辑技术进行定点整合有外源DNA插入的，则按传统的转基因生物进行安全评价和管理。

4.2.2 确定安全评价的内容 现阶段，中国基于实质等同性和个案分析的原则，对转基因产品进行安全性评价管理，主要包括3个方面的内容：分子特征评价、环境安全评价和食用安全评价。对于基因组编辑技术产品，仍然需要按照转基因产品进行安全性评价管理。应重点关注是否存在非预期的基因编辑，是否产生新的环境安全和食用安全风险。其中，碱基缺失或敲除的突变体类基因组编辑技术产品可简化安全性评价管理，重点开展分子特征评价和食用安全评价。安全性评价的具体内容可参考传统的转基因生物安全评价办法和评价指南。但是，对分子特征的评价，可利用全基因组重测序等手段进行分析，以便清楚地解释基因组编辑发生的位点，以及引起的缺失、插入、重组等。

4.2.3 建立分子检测新方法 基因组编辑技术由于其定点编辑，且在改造的受体生物体内留下的痕迹较少，原有的分子生物学检测技术方法，如蛋白质水平和核酸水平检测方法，已经很难满足基因组编辑产品的检测，特别是单碱基或少量碱基缺失的基因组编辑产品。需要加强检测新技术的研究，建立特异性的针对基因组编辑产品的检测新方法，以保护研发人的知识产权，为国家安全监管监测提供有力的技术支撑。

4.2.4 完善配套的安全管理法律法规 2001年，中国颁布《农业转基因生物安全管理条例》，2002年农业部发布了《农业转基因生物安全评价管理办法》、《农业转基因生物进口安全管理办法》和《农业转基因生物标识管理办法》等 3个配套管理办法，对转基因生物进行全程监控。近几年，为规范管理转基因生物，又制定了安全评价指南和一系列检测标准，使转基因生物研发人员、转基因检测机构和国家农业转基因生物安全评价委员会工作有章可循、有据可依。随着基因组编辑技术的研发应用，原有法规中规定的农业转基因生物概念的范围等已经不完全适合于基因组编辑技术产品。因此，中国亟需对已有的法律法规进行修改完善，参考国际上先进做法，相机而行。促进新技术的发展，推进第二代基因工程育种技术创新性革命，创制新农作物种质资源，培育突破性新品种。

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（责任编辑 李莉）

The Safety Management of Genome Editing Technology

SHEN Ping1, ZHANG QiuYan2, YANG LiTao3, ZHANG Li4, LI WenLong1, LIANG JinGang1, LI XiaYing1, WANG HaoQian1, SHEN XiaoLing5, SONG GuiWen1
(1Science and Technology Development Center, Ministry of Agriculture, Beijing 100122;2Agro-Environmental Protection Institute, Ministry of Agriculture, Tianjin 300191;3Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240;4School of Life Science, South-Central University for Nationalities, Wuhan 430074;5Tianjin Academy of Agriculture Science, Tianjin 300381)

Genome editing technologies using sequence-specific nuclease (SSN) creates DNA double-strand breaks (DSBs) in the genomic target sites, and the DSBs can be repaired by the non-homologous end joining (NHEJ) or homologous recombination (HR) pathways with the help of artificially engineered nucleases, which can be employed to achieve targeted genome modifications such as gene mutation, gene insertion, gene replacement or chromosome rearrangement. There are three major artificially engineered nucleases including zinc finger nuclease (ZFN), transcription activator-like effector nuclease (TALEN) and clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated 9 (CRISPR/Cas9) systems. The genome editing techniques have been widely used in the fields of plant gene function research, molecular breeding, and etc. The genome editing crops (GEC) showpromising application prospects compared with traditional genetically modified organism (GMO). The GECs with good traits have been gradually transferred from labs to fields. Herein, the principles, characters, and applications of these three mainly used techniques in animal and plants genome editing have been described. The advantages and disadvantages compared with conventional transgenic technique were also discussed, including the safety came from the off-target effects. The management regulations of GECs of different countries in global area were elaborated. Finally, the safety management of GECs and their products in China were discussed combined with Chinese current regulations on the safety management of GMOs, so as to facilitate the development and commercialization of GECs and their products.

genome editing; genetically modified organisms; safety management

2016-10-19；接受日期：2016-11-17

国家转基因生物新品种培育科技重大专项（2016ZX08012-003）

联系方式：沈平，Tel：010-59198111；E-mail：shenping84@Hotmail.com。通信作者宋贵文，Tel：010-59198150；E-mail：songguiwen@agri.gov.cn