加利福尼亚大学伯克利分校教授、基因组编辑工具CRISPR/Cas9的先驱、年诺贝尔化学奖获得者珍妮弗·杜德娜（JenniferDoudna）说：“基因组编辑技术赋予科学家一种空前的能力。现在我们有了操控基因组的‘分子手术刀’，而过去的技术却像一把大锤。”那么这种神奇的技术是怎么产生的呢？它有什么用途呢？
CRISPR/Cas9技术的诞生
CRISPR系统是细菌和古细菌对抗噬菌体的适应性免疫机制。CRISPR的全称是“规律间隔成簇短回文重复序列”（clusteredregularlyinterspacedshortpalindromicrepeats），其附近常常存在Cas蛋白质（比如Cas9）编码基因。当噬菌体入侵细菌时，细菌从噬菌体的基因组里“偷来”其DNA片段，并准确地嵌入现存的CRISPR序列里。当噬菌体再次感染细菌时，细菌会发送RNA和Cas蛋白质来定位和消灭病毒。因此，CRISPR的基因座其实就好似细菌的一张基因疫苗接种卡。
CRISPR的RNA分子与Cas蛋白质靶向锁定病毒DNA
（来源：《破天机：基因编辑的惊人力量》）
大自然创造出的这套神秘的防御系统并不编辑基因，但是它具有识别并切割特定DNA序列的能力，这和前两代基因编辑技术ZFNs（zinc-fingernucleases）和TALENs（transcriptionactivator-likeeffectorsnucleases）是一致的。研究人员正是巧妙地利用了这个特点以及细胞修复受损DNA的能力，将CRISPR系统改造成实验室易用的基因编辑技术（CRISPR/Cas9）。
DNA双链断裂后的修复机制（来源：《重新设计生命》）
CRISPR/Cas9技术的优势
相比ZFNs和TALENs，CRISPR/Cas9技术具有载体构建简单、可编辑位点分布广泛、多基因编辑、成本低廉、编辑效率高等优势。由于该技术优点多多，功能强大，因此得到迅速普及和应用。
CRISPR/Cas9技术的应用
从动植物基因研究和遗传改良到创建人类遗疾病和癌症的复杂动物模型，CRISPR/Cas9及其衍生出来的一系列基因编辑工具在其中发挥着不可替代的作用。相关研究如雨后春笋。
动物中的应用：
基因融合可能会触发肿瘤形成，研究人员利用CRISPR/Cas9技术切除导致小鼠产生肿瘤的融合基因，成功消除肿瘤细胞；
利用CRISPR/Cas9技术将老鼠的产热基因UCP1插入猪基因组后，猪可以燃烧更多的脂肪，瘦肉率更高；
β-珠蛋白基因的突变会导致地中海贫血症和镰刀状细胞贫血症的发生，通过靶向抑制和β-珠蛋白功能类似的γ-珠蛋白的转录抑制因子BCL11A的表达，使人体重新获得足量的γ-珠蛋白，从而治疗了地中海贫血症和镰刀状细胞贫血症；
每年全球约万人需要器官移植，而器官捐献数量远低于需求。研究人员利用CRISPR/Cas9技术灭活了猪基因组内的逆转录病毒，解决了猪器官移植可能导致病毒传染的风险，为数以百万计等待器官移植的病人带来了希望。
植物中的应用：
传统诱变具有很大的随机性和局限性，研究人员利用CRISPR/Cas9技术大规模地对水稻全基因组进行编辑，实现水稻突变体的高通量构建和功能筛选；
小麦白粉病是一种世界性病害，通过敲除致病基因TaMLO，研究人员培育出抗白粉病小麦；
草莓作为一种重要的水果，具有诱人的外观和丰富的营养。现有草莓品种大部分为红果，少数白果品种受到人们的青睐，研究人员利用CRISPR/Cas9技术将一个谷胱甘肽S-转移酶（GST）基因RAP突变后，实现草莓果实颜色由红转白，助力栽培草莓的遗传改良；
番茄是我们餐桌上常见的蔬菜，抗成花素基因SP5G表达量升高会导致番茄开花延迟，研究人员利用CRISPR/Cas9技术敲除了SP5G，结果基因编辑后的番茄比当前的商业品种早两个星期开花和结出成熟的果实。
CRISPR的应用（来源：网络图片）现在CRISPR技术还在不断地优化和改造，这些工具赋予了我们无穷的创造力， 地限制就是我们的想象力。
[作者来自中国农业大学][封面图片来自网络]
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