基因編輯技術的研究進展及其在中藥研究中的前景展望

馬琰巖

[摘要]基因編輯技術是一項對基因組進行精確定點修飾的技術，可對特定DNA片段進行敲除、加入和替換等，從而在基因組水平上進行精確的基因編輯。其技術本質均是利用非同源末端鏈接途徑修復和同源重組修復，聯合特異性DNA靶向識別及核酸內切酶完成的DNA序列改變。基因編輯技術在科研、農業、醫療等領域都具有極其廣泛的發展前景和應用價值。在疾病基因治療領域，基因編輯技術在癌癥如白血病、遺傳性疾病如血友病、地中海貧血、多種肌肉營養障礙癥和逆轉錄病毒相關傳染病如艾滋病等疾病的治療方面取得許多堪稱跨時代的佳績：結合基因編輯技術開展的實驗新方法學研究及動物模型的制備工作也在迅猛地發展和完善；世界各地的實驗室也已將基因編輯技術應用于預防瘧疾、器官移植、生物制藥、農業育種改良、滅絕物種復活等多個研究領域。該文就基因編輯技術在上述領域中的研究進展進行一些概括和總結。此外還歸納了一些當前針對基因編輯技術存在的爭議和思考，并初步探討了該技術在中藥研究中的潛在應用前景。

[關鍵詞]基因編輯技術； CRISPR/CAS9； ZFNs； TALENs

基因編輯技術是一項對基因組進行精確定點修飾的技術，可對特定DNA片段進行敲除、加入和替換等，從而在基因組水平上進行精確的基因編輯。此過程模擬了基因的自然突變，修改并編輯了生物的基因組，使研究人員可以在極短時間內模擬自然界漫長時間的基因演變，甚至能夠完成自然進化中無法完成的基因組改變。在科研領域，該技術可以快速構建模式動物，節約大量科研時間和經費；在農業領域，該技術可以人為改造基因序列，使之符合人們的要求，研制如改良水稻等糧食作物；在醫療領域，該技術可以更加準確、深入地了解疾病發病機制和探究基因功能，以及改造人的基因，達到基因治療的目的等。因此，基因編輯技術具有極其廣泛的發展前景和應用價值。

1基因編輯技術的基本原理

鋅指核酸酶（zincfinger nucleases，ZFN）、轉錄激活因子樣效應物核酸酶 （transcription activatorlike effector nucleases，TALENs）和成簇的、規律間隔的短回文重復序列CRISPR/Cas9（clustered regularly interspaced short palindromic repeats，CRISPR）是三大基因編輯技術。這3種技術皆是通過在特定的靶向序列處引入雙鏈斷裂缺口（doublestrand break，DSB），繼而通過NHEJ途徑（nonhomologous end joining，NHEJ）和HR（homologous recombination，HR）途徑這2種細胞內DNA修復機制完成修復。NHEJ途徑（nonhomologous endjoining，NHEJ）使基因組DNA缺口處有堿基的插入或者缺失，造成移碼突變，導致基因的敲除；HR（homologous recombination，HR）途徑在提供外源DNA模板的條件下使基因組DNA得到精確的基因修復或靶向基因的添加[1]。由此可見，這3種基因編輯技術本質上均是利用非同源末端鏈接途徑修復和同源重組修復，聯合特異性DNA靶向識別及核酸內切酶完成的DNA序列改變。

11ZFNs每個鋅指核酸酶單體都是由鋅指蛋白（zinc finger protein，ZFP）與非特異核酸酶結合的人工合成酶。此酶的N端部分是能識別含有特定DNA序列的鋅指蛋白，C端部分則由非特異性切割結構域Fok I以及連接DNA結合結構域和內切酶的肽段組成[23]。ZFN的特異性取決于ZFP，因此篩選高質量的ZFP是獲得高效、特異性的ZFN的前提[47]。ZFP通常由3～6個鋅指組成，每個鋅指識別基因組中連續的3個堿基。ZFP一旦與基因組中的特定序列結合，Fok I核酸內切酶便會形成二聚體發揮內切酶活性，產生DNA雙鏈斷裂的缺口，繼而通過細胞內修復機制對斷裂部位的基因進行修飾[811]（圖1）。ZFN的基因打靶效率一般能夠達到30%，可以做到針對特定序列設計ZFN來實現對靶基因的修飾。然而ZFN識別結構域存在的上下文依賴效應大大降低了ZFN設計和篩選效率。目前尚不能針對任意一段序列均可設計出滿足要求的ZFN，也不能在每一個功能性染色體區段都能夠順利找到適合的ZFN作用位點。在ZFN的篩選和設計方面存在較大的技術困難之外，其制備價格也比較昂貴。此外，ZFN的脫靶切割也往往會導致細胞毒性。綜上這些因素使得ZFN在基因治療領域的應用有一定的局限性。

12TALENsTALEN是植物病原菌黃單胞桿菌Xanthomonas sp.產生的TALE蛋白的中央區域結構域與FokⅠ核酸內切酶結構域組合而成的一類重組核酸酶。TALE蛋白的中央區域結構域是該蛋白識別特異DNA序列的結構域。它包含了155～195個蛋白單元模塊，每個模塊單元有34個氨基酸殘基，其中除第12和13位氨基酸可變外，其他氨基酸都是保守的。因此，這第12和13位氨基酸被稱作重復可變的雙氨基酸殘基（repeat variable diresidues，RVDs） 位點[12]，是靶向識別的關鍵。由于TALE存在多種變體，所以可以構建出靶向基因組中預設DNA靶位點的多種TALEN。相比ZFN技術，TALEN使用了TALE蛋白的中央區域結構域代替ZFP作為人工核酸酶的識別結構域，更好地解決了DNA序列識別特異性低的問題。TALE蛋白中央區域結構域對堿基的識別只由2個氨基酸殘基決定：組氨酸天冬氨酸特異識別堿基C，即HD（His Asp）C；天冬酰胺異亮氨酸識別堿基A，即NI（Asn Ile）A；天冬酰胺甘氨酸識別堿基T，即NG （AsnGly）T；天冬酰胺天冬酰胺識別堿基G或A，即NN（AsnAsn）G或A；天冬酰胺賴氨酸識別堿基G，即NK（Asn Lys）G；天冬酰胺絲氨酸可以識別A，T，G，C 中的任一種NS （AsnSer）A，T，C，G [1314]（圖2）。這種與DNA堿基一一對應的方式在設計上相對于ZFN要簡單得多。然而，在實際構建過程中，TALE分子的模塊組裝和篩選過程也比較繁雜，通常需要大量的測序工作。這使得該技術的使用成本較高，對于普通實驗室的可操作性較低。此外，TALEN分子比ZFN大得多，因而在不能高效導入細胞方面也限制了它的應用。

13CRISPR/Cas9CRISPR/Cas（clustered regularly interspaced short palindromic repeat sequences/CRISPRassociated protein）系統是在細菌和古細菌中發現的一種獲得性免疫系統[15]，由成簇的、規律間隔的短回文重復序列CRISPR與Cas蛋白組成，能特異性識別外源病毒或質粒的核酸物質，并對其進行剪切，起到防疫外源核酸入侵的作用[16]。其中CRISPR簇通過轉錄生成一段非編碼RNA，即CRISPR前體

的靶標可設計為針對一個基因，也為針對多個基因，都能達到有效的特異性位點編輯的效果。CRISPR/Cas9系統已被公認為是繼“鋅指核酸內切酶（ZFN）”、“類轉錄激活因子效應物核酸酶（TALEN）”之后出現的第3代“基因組定點編輯技術”。ZNFs和TALENs作用時均是采用蛋白質對DNA序列的識別，而CRISPR/Cas9對靶序列的識別是RNA與DNA的堿基配對過程。該識別方式使得CRISPR/Cas9與前二者相比更為精準，降低了脫靶切割的幾率，減低了細胞毒性。CRISPR/Cas9所有成分都可以通過導入質粒進行表達，因此也省去了耗時耗力的蛋白質工程過程。同時，研究人員可以通過生物信息學分析，設計出針對絕大多數基因的特異性靶標識別crRNA。因此，與前2代技術相比，CRISPR/Cas9成本低、制作簡便、快捷高效、脫靶率低的優點使其迅速風靡于世界各地的實驗室，成為科研、醫療等領域的有效工具，逐漸成為當今分子生物學領域最炙手可熱的技術之一。然而CRISPR/Cas9 系統也存在著一些不完美之處：Cas9 蛋白對于目標序列的識別除了依靠crRNA序列的匹配之外，目標序列附近必須存在一些小的前間區序列鄰近基序（PAM），因此Cas9 蛋白對于設定序列的切割仍有局限性；另外和ZFNs及TALENs技術一樣，CRISPR/Cas9也面臨著如何控制雙鏈斷裂之后的非同源末端連接修復可能會隨機產生細胞毒性的問題。

14 NgAgoCRISPR是以RNA為向導尋找靶向序列，而NgAgo則是以DNA來擔任向導。韓春雨等的工作顯示，NgAgo可結合24個堿基的gDNA，比CRISPR結合19個堿基的gRNA要長5個堿基，因此理論上精確性要高1 024倍，脫靶率也較低。然而，不同于CRISPR/Cas9技術大量運用已獲得了實踐驗證，NgAgo的作用效果還有待于今后工作的檢驗。

2基因編碼技術的應用

21在基因治療中的應用隨著DNA雙螺旋結構的發現和以DNA重組技術為代表的現代分子生物學技術的發展，以及人類對疾病認識的不斷深入，越來越多的證據表明，許多疾病都與基因突變、缺失或表達異常有關，由此基因治療技術順勢而生。基因治療是指應用基因工程技術將正常基因或有治療作用的基因引入患者細胞內，以糾正致病基因的缺陷而根治疾病。其最核心的策略是通過細胞內基因修飾來治療疾病。近兩三年來，基因編碼技術作為該策略的新生力量開始活躍在基因治療的舞臺上，在癌癥、遺傳性疾病和逆轉錄病毒相關的傳染病等疾病的治療方面取得許多堪稱跨時代的佳績。

癌癥治療方面：2015年11月英國倫敦大奧蒙德街醫院（Great Ormond Street Hospital）的醫生第一次依靠使用“分子剪刀”修改基因的療法，成功地治愈了一名患有“無法治愈的”白血病的1歲女孩“萊拉”（Layla）。其治療方案是利用TALEN蛋白對異體T細胞進行基因編輯，去除內源性TCR（提高腫瘤殺傷特異性）及CD52（避免藥物alemtuzumab的干擾），并命名為antiCD19 CART細胞，再將這些經過設計的“人工培育的免疫細胞”輸入患者體內去捕捉和殺傷腫瘤細胞。經過1個月的治療，這名女孩目前擺脫了癌癥，身體狀況很不錯，成為世界上首次用基因編輯治愈的白血病女孩[18]。此外，科學家們在過去的幾十年中已經確定了許多腫瘤治療中相關的基因，包括原癌基因、抑癌基因、基因組修飾類、基因抗藥性基因。近2年，研究者們已經開始利用基因編碼技術對上述基因開展了大規模的基因編輯修飾研究，預計今后幾年內會出現多項癌癥治療方面的重大突破。

遺傳性疾病治療方面：2015年底《Nature》雜志發表的對2016年熱點研究領域的展望（The science to look out for in 2016）中提到美國加利福尼亞州里士滿Sangamo生物科學公司將計劃開展利用ZFN糾正導致血友病基因缺陷的人體試驗，并對其研究成果表示非常期待。另外該公司還與馬薩諸塞州劍橋市的Biogen公司合作開始了另一項試驗，嘗試通過該技術提高β地中海貧血患者體內一種血液球蛋白的功能[19]。已有研究證實人β珠蛋白（HBB）基因的突變可能導致地中海貧血癥。我國中山大學黃軍就和他的團隊利用CRISPRCas9基因編輯技術，修改了人類胚胎HBB基因的DNA，為治療地中海貧血癥提供了可能。該研究中一共使用了86個胚胎，48 h后有71個胚胎存活，其中在54個接受了基因測試的胚胎中僅有28個胚胎的基因被成功修改，但其中只有一小部分包含替代的遺傳物質。該研究是史上第一例利用基因編輯技術改造人類胚胎細胞的案例。盡管該研究使用的胚胎均為無法發育成嬰兒、不能正常出生的胚胎，該成果的倫理問題在西方仍引發巨大爭議，由此《Nature》的記者和編輯們最終將黃軍就選入了年度十大人物之列[20]。多種肌肉營養障礙癥（duchenne muscular dystrophy，DMD）是表達dystrophin蛋白的基因發生移碼突變，導致不能形成有功能的抗肌萎縮蛋白dystrophin所引發的一種遺傳性疾病。2014年研究者已利用CRISPR技術成功修復了小鼠胚胎中的dystrophin基因缺陷。今年，西南醫學中心的Chengzu Long，杜克大學的Charles Gersbach，哈佛大學Amy Wagers 與MIT張鋒合作研究組這3個獨立的研究組又分別完成了小鼠成年體的基因修復。其中Chengzu Long研究組的研究方案為利用腺病毒將gRNA以及CRISPR/Cas9導入肌肉細胞，利用CRISPR/Cas9切除有缺陷的DNA片段，使小鼠能夠產生較短版本的有功能的dystrophin蛋白[21]。

逆轉錄病毒相關傳染病的治療方面：HIV病毒的基因會整合到病人的基因組上。利用抗逆轉錄病毒藥物治療僅能抑制HIV病毒的復制但對整合在細胞中的病毒DNA不起作用，一旦停止服用藥物這些病毒余孽就會起死回生，開始產生艾滋病原體。因此只有清除整合在宿主靶細胞上的HIV病毒基因才能實現根治艾滋病的夢想。2013 年，朱煥章等設計并獲得了一對能特異靶向多數HIV亞型基因保守區LTR （long terminal repeat） 的ZFN，并證實該ZFN能特異性靶向HIV感染及潛伏細胞系上的HIV1前病毒LTR，且介導了HIV1整合基因的高效切除，從而獲得了顯著抗HIV感染的效果[22]。今年，Rafal等[23]利用CRISPR/Cas9技術使帶有HIV病毒的T細胞失去活性，同時病毒復制在受感染細胞中降低了90%。這一治療方案預計在兩三年后開展臨床試驗。

22在新方法學及動物模型制備上的應用當前，各類基因敲除（knockout）和基因嵌入/置換（knockin）基因工程動物及細胞系已經成為現代醫學認識疾病發生發展規律、研究疾病預防和治療的重要實驗工具和手段。傳統的基因工程動物制備工藝——基因打靶技術是基于胚胎干細胞的一種同源重組技術。利用該技術制備基因修飾動物周期較長且存在生殖系統傳遞失敗的風險。新型的基因編碼技術系統可在小鼠受精卵中直接進行基因組編輯，因而快速、高效、低成本、無物種限制地一步生成基因工程動物。復旦大學生命科學學院遺傳工程國家重點實驗室的研究人員通過CRISPR/Cas9技術進行凝血因子Ⅸ（Factor Ⅸ，FⅨ）基因敲除，快速、高效地構建血友病乙模型小鼠，以期為血友病乙的研究提供更加便捷的途徑[24]。Park 等[25]使用TALEN 技術將誘導的多能干細胞中含有F8 基因的140 kb染色體片段倒置，建立了小鼠血友病A模型，并且再次通過TALEN基因編輯工具將其之前倒置的染色體片段再重新恢復到正常。實驗結果表明TALEN基因編輯工具既可以建立疾病模型，又可以介導疾病的再次糾正。軍事醫學科學院的研究人員利用CRISPR/Cas9介導的同源重組，將有絲分裂降解結構域MD（Mitosisspecial degradation domain，MD）插入到進基因組表達框上游，以期周期性持續降解細胞內CTCF（CCCTC binding factor，CTCF）蛋白，從而獲得CTCF蛋白特異性降解細胞系，為后續研究CTCF功能奠定基礎[26]。

此外，隨著現代生物技術的不斷發展和完善，基因編輯技術已經變為科研人員的新寵，越來越多的科學家運用其與其他技術相結合進行各種學術研究。第三軍醫大學西南醫院和重慶大學的研究人員通過CRISPR/Cas9介導的同源重組修復方法，用GFP標記HCC細胞中的內源多功能性因子Nanog，證明雄激素/雄激素受體軸可以通過直接結合其啟動子，增加Nanog的表達，并促進HCC細胞的干性和腫瘤發生[27]，從而初步闡明了肝癌發生的性別差異的機制。CRISPR/Cas9技術的成熟使得利用多重sgRNA載體高效、高通量編輯細胞內基因成為可能，為新型功能遺傳篩選創造了條件。IAA2（indole acetic acid 2）是擬南芥Aux/IAA生長素響應基因大家族中的一員。由于沒有該基因的失去功能型突變體，其功能和作用機制的研究受到了阻礙。研究人員在GoldenGate克隆技術的基礎上，將每3個sgRNA串聯到同一個入門載體中，再將入門載體與含Cas9表達框的目標載體LR反應，獲得最終的表達載體。結果表明，設計的6個sgRNA有4個發揮了作用，產生了堿基插入突變和大片段缺失突變等多種可遺傳的突變，所得到的突變體為后續的IAA2功能研究提供了良好的材料[28]。

23其他應用前景目前，世界各地的實驗室已將基因編輯技術應用于生物學研究的各個領域。

預防瘧疾：利用CRISPR/Cas9對蚊子的基因進行改造，使其攜帶一種抗瘧疾的基因，從而對瘧原蟲產生抑制，進而遏制瘧疾的傳播[29]。另一種改造為導入不孕基因，使瘧蚊滅絕[30]。

器官移植：利用CRISPR/Cas9基因編輯技術，對豬胰島素基因進行了無痕定點修飾，使豬胰島素基因編碼生產人胰島素，成功建立了完全分泌人胰島素的基因編輯豬。這為糖尿病人提供更為理想的臨床異種胰島移植供體。另外，有研究改造了豬肺基因以利于用于人體肺移植，以及去除了豬器官上的內源性逆轉錄病毒（PERV）以防止移植器官帶來的病毒感染[31]。

生物制藥：北京蛋白質組研究中心張普民教授及其研究團隊利用CRISPR/Cas9技術對豬受精卵的基因組進行了基因編輯，在豬白蛋白的基因區域插入了人白蛋白的編碼DNA，使豬只產生人白蛋白而不產生豬白蛋白[32]。

農業育種改良：利用CRISPR/Cas9技術幾年內可實現至少50～100年才能完成的育種改良工作。圣保羅Recombinetics公司利用該技術培育出不會長角的牛，從而使牛無須經歷被切去牛角的痛苦過程。目前該公司正致力于培育永遠不需要被閹割的豬。

滅絕物種復活：加州大學圣克魯斯分校Ben Novak將滅絕的候鴿的博物館標本DNA與現存鴿子進行序列比對，并嘗試對現存鴿子進行基因改造，使這些鴿子變得更接近滅絕的候鴿。

3基因編碼技術的爭議與思考

基因編輯技術可謂當今生命科學界炙手可熱的前沿科技。顧名思義，該技術能夠對最基本的遺傳單位——基因直接進行設計和修改，其意義和價值可想而知。這使得各大公司迅速加入到基因編輯的產業之中。2015年8月，比爾及梅林達·蓋茨基金會和谷歌風投基金投資Editas醫藥公司1.2億美元；2015年10月杜邦與Caribou生物科學公司達成了合作協議，使用CrisprCas9技術來改進農作物（http：//wwwnaturecom/news/genomeediting7factsaboutarevolutionarytechnology118869）。中國基因編輯技術產業已走在世界的前列：在CRISPR技術發表論文數上中國僅次于美國，位居世界第2；目前50多家中國研究機構已提交了基因編輯專利；勁嘉股份與黃軍就團隊合作開展CRISPR技術治療地中海貧血在臨床應用方面的研究。中泰證券的分析師認為未來5年僅地中海貧血基因治療的國內潛在市場空間超過500億元。與此同時，隨著基因編碼技術的不斷發展，CRISPR/Cas9系統相對前兩代技術效率提升了10倍以上，操作容易程度提升了100～1 000倍，構建周期縮短至原來的1/12，成本由5 000美元降低至30美元，脫靶率依據最新技術已降低至目前檢測技術檢測不到的水平。脫靶率、效率、便攜性及成本的極大改善，使得該技術更平民化，技術門檻越來越低。它已成為許多車庫生物學家/草根生物學家以及生物黑客的新寵。都柏林生物黑客和企業家Andreas Stürmer說，CRISPR是有史以來最了不起的工具，可以在自己的家里玩（http：//wwwnaturecom/news/biohackersgearupforgenomeediting118236）。

但任何事物都有其雙面性，基因編輯技術產業雖然能夠造福于人類，然而上面所述的巨大的經濟利益驅動以及越來越低的技術門檻，再加上人類對自身健康改良的迫切心態極可能導致對該技術的濫用，進而對人類和地球環境形成威脅，甚至造成意想不到的生態災難。在美國國家情報總監詹姆斯·克拉珀的威脅評估報告中，“基因編輯”已經被列入“大規模毀滅性武器和武器的擴散”威脅名單，與核武器并列（https：//wwwtechnologyreviewcom/s/600774/topusintelligenceofficialcallsgeneeditingawmdthreat/）。因此，關于該技術運用的爭議從其誕生之日就已出現，并呈愈演愈烈之勢。現有爭議最集中之處為關于人類胚胎改造的倫理學爭議。史上第一、二例基因編輯技術改造人類胚胎細胞的研究皆出現在中國。2015年4月，中山大學黃軍就和他的團隊利用CRISPRCas9基因編輯技術，為治療地中海貧血癥修改了人類胚胎基因組[33]。2016年4月29日廣州醫科大學范勇團隊發表論文，宣布他們用基因編輯技術制造出一個能對艾滋病毒免疫的人類胚胎[34]。盡管這2例基因編輯研究都使用的是人類三核受精卵（不能正常發育的受精卵），但在國際上仍引起了廣泛的關注和全球科學家激烈的討論。討論的焦點不在于文章的學術價值，而在于改造人類胚胎細胞的倫理問題。由于基因編譯技術引發的倫理問題迫在眉睫，2015年12月1日，由美國國家科學院、美國國家醫學院、中國科學院和英國皇家學會聯合組織召集的人類基因組編輯國際峰會在華盛頓召開。會議重點了解各方對基因編輯技術的倫理問題的態度和想法。美國再生醫學聯盟主席蘭菲爾（Edward Lanphier）等在《Nature》雜志上發表評論文章稱，希望研究人員暫時不要對人類生殖細胞進行基因編輯，否則可能對后代產生無法預測的后果[35]。然而，人類胚胎改造的研究終究為大勢所趨。2016年2月1日，英國政府批準了倫敦弗朗西斯·克里克研究所 Kathy Niakan研究員對人類胚胎進行編輯的請求。這項研究成為世界首例獲國家監管機構批準的人類胚胎編輯研究。

綜上所述，日漸成熟的基因編輯技術已經成為了強力的生物、醫學工具，在癌癥、遺傳性疾病和逆轉錄病毒相關的傳染病等疾病的治療方面帶了巨大的突破，可以快速構建實驗新方法和動物模型，推動科研的發展，并在器官移植、生物制藥、農業育種改良、滅絕物種復活和中藥現代化等方面具有廣闊的應用前景。其價值甚至引起了普通民眾的廣泛關注。人類暢想將來它不僅可去除遺傳缺陷、治療疾病，還可導入長壽、健康、強力的基因，甚至制造完美人類。當然，任何事物都是一把雙刃劍，在樂觀暢想基因編輯技術可使人類變得更加完美的同時，也不要忘記濫用技術可能帶來的潛在風險和生態災難。建立針對基因編輯技術安全有效的檢測手段，制定合理健全的法律道德制度，才能使這項技術更好地應用和造福人類。

4基因編輯在中藥發展中的潛在前景

如何讓傳統中藥跟上生命科學現代化的步伐，使傳統中醫藥走出國門，讓世界接受中草藥，是當今中醫藥工作者面臨的難題。長期以來，由于中醫藥與現代醫學、生命科學之間缺乏有效溝通的橋梁，有逐漸被邊緣化的趨勢。中藥基因組計劃將現代生命科學的最新技術和研究成果應用于中藥研究，有望徹底改變中藥研究手段和方法的落后局面，架起傳統中醫藥學與現代生命科學之間溝通的橋梁。中國中醫科學院中藥研究所陳士林團隊在著名植物學雜志《Molecular Plant》發表丹參全基因組[36]，標志著作為常用中藥丹參的遺傳密碼被破譯，為揭示丹參主要藥理活性成分丹參酮和丹參酚酸生物合成及其調控的分子機制，促進丹參優良品種選育提供了重要的遺傳背景基礎。該工作構建了世界上首個藥用植物基因組框架圖，標志著我國中藥研究進入了基因組學時代。目前已有多個中草藥如印度大麻、赤靈芝、牛耳草、鐵皮石斛等完成了基因組測序。中草藥基因組研究的飛速發展為基因編輯技術在中草藥研究中的應用帶來了極佳的時機和廣闊的前景。今后研究者們可以以丹參研究為模板，借鑒國外的植物基因組研究計劃的經驗，對中草藥在結構基因組學、功能基因組學和生物信息學等方向展開研究。在此基礎上，利用基因編輯技術開展中藥藥效成分、藥材的生長及抗性相關基因的研究和改造工作，結合先進的育種方法，篩選出既保持“道地血統”，又優質、高產、抗病的中藥材優良品種。該工作既有利于實現中藥標準化生產，使中藥質量可控，又有利于解決當前中藥材資源面臨的“斷糧”困境。

中藥藥材是現代藥物研發最大的遺傳信息資源之一。我國在該方面具有得天獨厚的優勢。《本草綱目》中記載了1 892種藥用植物，1995年出版的《中華本草》收集了8 000多種藥用植物，而且其中不乏很多名貴，稀缺的藥材如人參，蟲草等。另有統計表明，我國中草藥已有12 000多種。基因編輯技術的成熟也為開發這個藥物基因資源帶來了良機。基因編輯技術在中藥資源的引入和應用，將會為解決這一問題帶來新的前景。通過基因編輯技術可以快速獲得藥材靶基因的突變或是導入異源基因，從而快速鑒定出該基因產物與藥理活性成分的相關性和重要性，發掘出新的或更高效的藥物相關基因，并可更清晰地闡明藥理活性成分生物合成及其調控的分子機制。

盡管將基因編碼技術引入中藥研究能為傳統中草藥帶來新發展和突破，但與當今各個領域廣泛應用基因編碼技術相比，其在中藥研究中的應用還處于起步階段，還有許多基礎工作有待完善。比如這一技術的應用必須以完善的中藥基因資源為基礎，如果沒有對中藥特別是具有豐富藥理藥效學和臨床應用價值的名貴中藥的基因資源的研究與開發，基因技術體系的應用必然大打折扣。此外，也不能盲目的為了中藥的基因而基因，浪費大量的人力物力資源，應有的放矢的將目標集中在既具有重要臨床應用價值的名貴或瀕臨滅絕的中藥基因資源的研究與應用上，為中藥現代化搭建良好的基礎技術平臺，讓現代基因技術更好的為傳統中藥的發展服務。

[致謝]李連達院士對本文的選題、框架設計等給予了諸多寶貴意見。

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