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金双侠赴美国圣地亚哥CIBUS 公司进行学术交流

发布日期:2018-01-31

一、本次访问美国的主要背景

  1. 访问单位研究背景和实力介绍

    本次访问的第一个目的地,是位于美国圣地亚哥的CIBUS公司,该公司是美国一所新型的植物生物技术公司。在过去十多年里,Cibus公司在精准基因编辑、高级分子检测、高级育种及作物品种开发技术等方面取得了突破性技术进展,这也使Cibus公司得以在这些技术领域拥有充分的话语权。该公司开发的性状快速开发系统(Rapid Trait Development System,RTDS™),通过对作物内源目标基因进行精准的靶向突变(即“基因序列拼写修改”),从而开发出首个非转基因抗草甘磷作物性状。该公司的研究结果表明通过非转基因技术转化流程培养带有靶向突变基因片段的细胞,进而获得带有目标性状的再生植株。在Cibus公司获得非转基因靶标突变后,带有Cibus靶标突变基因的再生植株被证明获得了草甘膦抗性。该公司利用RTDS™ 技术获得的抗除草剂油菜已经在美国和加拿大获得商业化种植的许可, 并被美国政府认定为非转基因产品。

这次我出访的第二个目的就是参加第26届植物动植物基因组大会,PAG会议是国际知名的动植物、微生物基因组学研究的顶级学术会议,每年元月中旬在美国加州圣地亚哥Town & Country会议中心举行,每届会议约有3000余位来自世界各地的专家学者参与。专家们汇集一堂,报告、研讨动物、植物、微生物基因组学一年来的最新研究进展,内容广泛深入。随着多种生物基因组测序的相继完成,国际上动植物、微生物基因组学研究日新月异,每年都有一系列新方法、新技术在大会上率先展示。通过参加PAG会议可以及时了解到国际上动植物基因组学研究及最新的农业生物技术产业的前沿发展动态。动物和植物基因组学大会(PAG)的举办宗旨是提供一个针对动植物基因组项目最新发展和未来计划的研讨场所。大会涵盖了技术展示、海报会议、展览和研讨会等内容,为国际项目的合作和交流提供了绝好的机会。PAG会议将包含2000篇摘要,135个展览,1200张海报展示和140个分会,世界各国科学家将汇集一起研讨模式生物、畜禽、水生生物、作物、微生物等基因组的最新研究进展,内容涉猎广泛,是动植物基因组研究最高水平的国际学术交流平台之一。

 

2. 本次出访的主要活动

    1) 参观CIBUS公司总部,与该公司技术高管,商讨开展如何在棉花中开展实施性状快速开发系统(Rapid Trait Development System,RTDS™)。

2) 本人在该公司向该公司研发部成员,介绍了我校棉花团队在植物基因组编辑领域取得的研究进展。

3)参加了2018年国际棉花基因组协会(ICGI)的主席团会议,商定了2018年的ICGI年会的具体时间、地点、组织方式等。

 

. 主要目的和收获:

1. 掌握了性状快速开发系统(Rapid Trait Development System,RTDS™)技术要领 ,达成了合作协议

在和CIBUS公司交流工程中,系统了解了RTDS™ 技术的主要原理、实施方案等。同时我本人介绍了我们团队在棉花抗虫基因工程领域取得的最新进展,双方就开展棉花盲椿象的防控达成了合成意向。同时双方将在棉花中建立性状快速开发系统(Rapid Trait Development System,RTDS™),用于新型的转基因抗除草剂和抗虫棉花。

  1. 展示了我校在棉花生物技术领域的研究基础和实力

         本次出访的另外一个主要目的是参加第二十六届动植物基因组大会(PAG), 这次我首次参加这个学术会议,而且很荣幸能有机会在这次大会上做报告 本次报告我介绍了棉花团队在棉花功能基因组研究领域的最新进展,包括T-DNA 插入突变获得突变体和CRISPR-Cas 9系统创造棉花突变体的最新进展。

    2013 年在真核生物中成功应用以后,CRISPR/Cas9 系统成为生命科学研究的关注热点和近年来最受欢迎的基因组编辑系统。该系统具有稳定性强、效率高和操作简单的特点。利用 CRISPR/Cas9 技术能够成功实现基因组水平的基因敲除,基因转录调控和修饰。目前该技术广泛应用于动物细胞,植物中在水稻、拟南芥、玉米等模式作物中应用较多,而在多倍体植物,如棉花,油菜中的应用较少。原因在于目前生产上种植的棉花是异源四倍体,有 52 条染色体,基因组庞大、复杂(2.5 Gb,相当于拟南芥基因组大小的 20 倍,水稻基因组的 6 倍),同源重复序列多(70% 左右),同一基因也具有多个拷贝,很难获得有效的单基因突变体。目前在棉花中常规的基因功能研究手段是 RNAi 技术,该技术往往造成同源基因(基因家族)的沉默表达而产生非预期的表型,同时 RNAi 技术往往对靶标基因沉默不彻底,后代中也出现沉默效应不稳定,甚至消失的情况,因此在棉花中开发新型的功能基因组研究手段,势在必行。 我校棉花团队从 2013 年开始,就在棉花中开始了基因编辑的研究工作,包括构建了适用于棉花遗传转化体系的 TALEN 载体及三套 CRISPR-Cas9 系统。在此研究使用的载体是本实验室运用的第三套 CRISPR-Cas9 系统,该系统针对水稻中已有的 CRISPR/Cas9 表达载体进行了改造,使用了棉花內源的 U6 启动子和合适的抗生素筛选标记。利用一个已经获得外源报告基因 DsRed2(红色荧光蛋白基因)的材料为受体进行二次转化,实现了两个靶标位点的同时敲除,再生植株的红色荧光完全消失。另外,以内源的棉花叶绿素合成相关基因 GhCLA1 为靶标设计的三对 sgRNA 也成功实现基因敲除,各靶标位点的编辑效率达到 66.7%到100%,再生植株产生显著的白化苗表型。对 T0 代植株及其后代的的遗传分析表明,目标基因可以被突变但没有脱靶效应,而且这种突变能够稳定遗传到后代。 此研究创新之处在于充分结合第二代高通量测序技术,实现对大量再生植株突变位点的快速鉴定,大大提高转基因植株突变鉴定的效率,为实现 CRISPR/Cas9 系统创造棉花基因突变体库及功能基因组研究打下坚实基础。目前这一高效的棉花基因编辑载体已经通过合作研究的形式发放给包括美国德州农工,克莱门森大学,澳大利亚CSIRO、浙江大学、南京农业大学、华中科技大学、华中师范大学、西南大学、山东农业大学、石河子大学、中国棉花研究所等国内外 30 多家国内外科研机构的同行,共同推动棉花的基因组编辑工作。

  2. 国际同行进行了广泛的交流

    PAG会议期间,和至少20余位国际同行(包括棉花ICGI的几位知名科学家)进行了面谈或会议,主要议题涉及合作利用棉花基因编辑系统,共同培养研究生,共同申报国际合作项目等。通过这一系列交流,加深了同行对我们团队的了解,更重要的是达成了一些实质性的合作协议。比如说和美国克莱门森大学生物信息专家Dr. Christopher Saski达成合作意向,并共同申请美国NASA的研发项目,以推动棉花功能基因组的研究。

  3. ICGI主席团成员的身份,为ICGI建言献策,发出了来自华中农大的声音

    2017年年初,ICGI迎来换届棉,通过个人竞选、ICGI全体成员投票选举产生全部的执行委员会成员、主席、共同主席等。本人在这次换届过程中竞选棉花功能基因组分会共同主席,最终获选。作为分会主席将负责未来两年的ICGI日常管理、重大问题决策等,任满后自动升级成为分会主席,意味着这个职位的任期为4年。本次PAG会议召开前,ICGI执行委员会找到了一次会议,确定了今年的协会的工作部署及即将在爱丁堡召开的ICGI-2018年学术会议。在这次会议上我积极建言,为协会的发展、我促进中国的棉花的影响力发出了华中农业大学的声音,受到与会代表的赞赏。

    . 达成以下主要协议

    1. 与美国克莱门森大学生物信息研究中心的Christopher Saski 博士的课题组达成合作协议,准备利用生物信息的手段解析两个具有极高再生能力的棉花基因组,为今后开发、鉴定容易再生的棉花基因型提供分子证据

    2. 与美国德州农工大学的David Stelly 教授的团队合作,就多个候选基因的功能分析达成合作意向;

    3 与美国农业部南方研究中心的David Fang 教授的团队合作,建立功能基因组研究技术平台;

    4.与CIBUS 公司达成合作协议,共同在棉花中建立性状快速开发系统(Rapid Trait Development System,RTDS™),用于新型的转基因抗除草剂棉花的开发和利用。