“90后”女科学家宗媛：用基因组编辑技术助力种业创新

 

　　“全球农业发展正在大踏步走向智能设计育种时代，而基因组编辑技术是其中不可或缺的关键生物技术，我希望能够不断推进植物精准基因组编辑育种的技术创新，并促进其在农业生产领域的安全、高效应用。”中国农业大学农学院从事基因组编辑研究的“90后”女科学家宗媛说。

 

　　传统育种方法要培育出一个遗传稳定、且具有优良性状的新品种，难度大、周期长，而基因组编辑工具的出现及应用为作物育种提供了一种从基因层面进行改造的可能，尤其Cas蛋白的发现及应用为人们提供了一把锋利的“剪刀”。利用基因组编辑技术对控制农作物性状的基因进行精准改造即可改变相应的农艺性状，大大加速了育种进程。其中以CRISPR/Cas9技术为代表，自诞生之日起便掀起了研究热潮，推动植物育种技术进入了一个新的纪元，宗媛正是瞄准了这一前沿领域。

 

　　2013年，CRISPR/Cas9系统的分子机制刚刚被揭示，科学家张锋首次开发该系统用于动物细胞的基因组编辑。同一年，中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞团队在植物上首次实现了CRISPR/Cas9介导的基因编辑，并获得了世界上第一株CRISPR/Cas9编辑的植物。就在这一年，宗媛从西北农林科技大学本科毕业，因成绩优异获得研究生保送资格，选择了高彩霞作为自己的导师，踏上了在基因组编辑领域的学习和研究之路。该系统迅速成为生命科学领域的革命性技术，而她本人也成为植物科学领域基因组精准编辑技术革新的重要推动者。

 

　　在高彩霞带领下，宗媛等人开始关注在碱基水平上更为精准的修改基因组。为实现单个或少数几个碱基的替换，他们成功在小麦、水稻、玉米等植物中建立了高效、精准的植物定点碱基替换技术体系，并利用该系统创制了一系列具有优良性状的作物新材料。同时，为切除少数几个碱基，他们利用胞嘧啶脱氨酶特性以及碱基切除修复机制，首次开发了新型可预测多核苷酸删除编辑新系统AFIDs，并利用此技术创制了水稻抗白叶枯的材料。这些技术可以对特定位置的特定碱基进行精准的改变，其结果更准确和可控，大大提升了基因组编辑技术的精确度和特异性。宗媛及其合作者继续探索将逆转录酶与nCas9融合，建立了植物引导编辑PPE系统。该系统可在小麦和水稻基因组中实现全部12种类型的单碱基替换、多碱基替换、小片段的精准插入和删除，极大地拓宽了基因组编辑的范畴。初步开发了这个强大工具之后，他们进一步尝试不同优化策略，再次通过对系统中逆转录酶的改造，开发了升级版的高效植物引导编辑系统ePPE，进一步推动了引导编辑在作物育种中的应用进程。

 

　　2019年，宗媛获得中科院遗传与发育生物学研究所博士学位，随后继续在该所从事博士后研究。她从事植物精准基因组编辑领域的相关研究，曾获得中国科学院院长特别奖等奖项奖励，以第一作者在Science、Nature Biotechnology等国际知名期刊发表SCI论文多篇。2019年度，宗媛成功入选“未来女科学家计划”。2021年，她出任中国农业大学农学院教授。

 

　　作为中国农业大学小麦研究中心的第一名“90后”教授，宗媛继续以探索和开发更先进的基因组编辑技术和合成生物学技术为研究方向，以先进生物技术改良基因组背景复杂的小麦为研究目标。近一年的时间里，她初步建立了研究团队，手把手地向学生传授研究思路、实验技术、分析方法等，一如既往地忙碌在科研岗位上。

 

　　谈到青年科学家责任和担当，宗媛说：“青年科学家要敢于挑战‘无人区’的科学问题和技术瓶颈，大胆创新。”对于未来，宗媛打算继续探索更为丰富强大的新技术，推进小麦基因组编辑技术进一步发展，实现小麦重要农艺性状的设计和创制，探索基因组编辑技术与其他新型育种技术的有机结合，促进育种产业朝智能育种阶段快速迈进。