CRISPR技术助力光合作用，对抗气候变化！
CRISPR技术助力光合作用，对抗气候变化！
2025年2月4日，创新基因组学研究所（Innovative Genomics Institute，简称IGI）迎来了成立十周年纪念日。这个由CRISPR基因编辑技术共同发明人Jennifer Doudna和时任加州大学旧金山分校教授Jonathan Weissman共同创立的研究机构，自成立以来就致力于基因组编辑工具的开发和应用。在过去的十年里，IGI已经从一个初创项目发展成为一个拥有35位研究者和超过450名成员的大型研究机构，其研究范围涵盖了基因组编辑工具的开发、人类细胞和组织的CRISPR递送方法、罕见遗传疾病治疗以及利用基因编辑技术应对气候变化等前沿领域。
在众多研究方向中，利用CRISPR技术增强植物光合作用以应对气候变化，是IGI近年来的重要研究领域之一。光合作用是植物将太阳能转化为化学能的过程，对地球生态系统至关重要。然而，随着全球气候变化的加剧，这一自然过程正面临前所未有的挑战。
气候变化带来的温度升高、降水模式改变和二氧化碳水平上升等因素，都对作物的光合作用效率产生了负面影响。研究表明，这些环境压力会导致植物酶活性下降、二氧化碳吸收减少和水分利用效率降低，进而影响作物产量和营养价值。
为应对这一挑战，IGI的研究团队正在探索利用CRISPR技术优化作物的光合作用效率。近期的一项突破性研究显示，通过编辑作物的上游调控DNA，可以显著提高其光保护能力。这项发表在《科学进展》（Science Advances）上的研究，首次实现了对作物光合作用相关基因表达的无偏见增强。
研究团队选择了水稻作为实验对象，因为它是全球约20%人口的主要热量来源，且其基因组结构相对简单，只有一份关键的光保护基因拷贝。研究人员使用CRISPR/Cas9技术，对水稻中负责光保护作用的PsbS基因上游调控区域进行了编辑。结果显示，这种基因编辑不仅增加了PsbS基因的表达量，还显著提高了下游光合作用的活性。
更令人惊喜的是，这种基因表达的增强效果远超预期。研究发现，通过编辑上游调控DNA，可以实现比传统方法更大幅度的基因表达提升。这一发现为未来通过基因编辑技术改良作物、提高其环境适应性开辟了新的途径。
这项研究的意义在于，它提供了一种不依赖于外源基因导入的作物改良方法。与传统的转基因技术不同，这种方法仅通过调整植物自身的基因表达水平来实现性状改良，避免了外源基因可能带来的安全性和监管问题。
此外，这项技术还具有广泛的应用前景。由于光保护机制是所有植物共有的基本生理过程，这意味着通过类似的方法，可以对多种作物进行改良，提高其在气候变化条件下的生存能力和产量。
随着全球人口的持续增长和气候变化的加剧，如何在有限的资源条件下提高农业生产效率，已成为人类面临的重大挑战。IGI的研究成果表明，CRISPR技术有望成为应对这一挑战的关键工具。通过精准编辑作物基因组，科学家们正在为未来农业的可持续发展开辟新的道路。
然而，这项技术的应用也面临着一些挑战。例如，如何确保基因编辑的精确性和安全性，避免意外的基因组改变；如何在不同作物和环境中实现一致的改良效果；以及如何平衡技术创新与社会伦理、环境安全之间的关系。这些问题都需要在未来的研究和实践中逐步解决。
尽管如此，CRISPR技术在农业领域的应用前景依然十分广阔。随着研究的深入和技术的完善，我们有理由相信，这项革命性的基因编辑技术将为人类应对气候变化、保障粮食安全做出重要贡献。