有机农业与基因编辑

加州大学伯克利分校的一位教授站在教室的前面，发表了她关于基因工程潜力的邀请演讲。她的观众，充满了有机农业倡导者，不安地倾听。她注意到一个男人从座位上站起来，走向房间的前面。令人困惑的是，当她看着他弯腰，伸手去拿电源线并拔下投影机电源插头时，扬声器停顿了一下。房间变暗，沉默降临。非常适合倾听他人的想法。

许多有机倡导者声称，转基因作物对人类健康，环境以及与之合作的农民都有害。生物技术倡导者反击说，转基因作物是安全的，减少杀虫剂的使用，并允许发展中国家的农民生产足够的食物来养活自己和家人。

现在，正在选择关于新基因编辑技术CRISPR是否真的只是“ GMO 2.0 ”或加速植物育种过程的有用新工具。7月，欧盟法院裁定用CRISPR制造的作物将归类为基因工程。在美国，与此同时，监管体系绘制区分之间的基因工程和特定用途的基因组编辑。

我是植物分子生物学家，并欣赏CRISPR和基因工程技术的巨大潜力。但我不认为这会让我反对有机农业的目标。事实上，生物技术可以帮助实现这些目标。虽然重新讨论有关基因工程的论点似乎适得其反，但基因组编辑可能会让双方都能在桌面上进行健康的对话。为了理解原因，值得深入研究基因组编辑与CRISPR和基因工程之间的差异。

基因工程，CRISPR和突变育种有什么区别?

反对者认为，CRISPR是欺骗公众食用转基因食品的偷偷摸摸的方式。将CRISPR和基因工程折腾到同一个桶中是很诱人的。但即使是“基因工程”和“CRISPR”也过于宽泛，无法传达遗传水平上发生的事情，所以让我们看一下。

在一种类型的基因工程中，可以将来自不相关生物的基因引入植物的基因组中。例如，孟加拉国种植的大部分茄子都含有来自普通细菌的基因。该基因产生一种叫做Bt的蛋白质，对昆虫有害。通过将该基因置于茄子的DNA中，植物本身对吃茄子的昆虫变得致命，并减少对杀虫剂的需求。Bt对人类是安全的。这就像巧克力让狗生病，但不影响我们。

另一种基因工程可以将基因从一种植物物种转移到同一物种的另一种。例如，研究人员在野生苹果树中发现了一个基因，使它们能够抵抗火疫病。他们将该基因转移到“Gala Galaxy”苹果中，使其抵抗疾病。然而，这种新的苹果品种尚未商业化。

尽管科学家们使用DNA测序来确定事后的位置，但他们无法指导基因插入传统基因工程的基因组。

相比之下，CRISPR是一种精确的工具。

就像使用文字处理器中的“查找”功能快速跳转到单词或短语一样，CRISPR分子机器在基因组中找到特定点。它在那个位置切割了两条DNA链。因为切割的DNA对于细胞来说是有问题的，所以它会迅速部署一个维修团队来修复。修复DNA有两种途径。在我称之为“用于修饰的CRISPR”的一个中，可以插入新基因以将切割末端连接在一起，就像将新句子粘贴到文字处理器中一样。

在“用于突变的CRISPR”中，细胞修复团队试图将切割的DNA链再次粘合在一起。科学家可以指导这个修复团队在切割的位点改变一些DNA单元或碱基对(A，T，C和G)，产生一种称为突变的小DNA变化。该技术可用于调整基因在植物体内的行为。它还可用于沉默植物内的基因，例如，对植物存活有害，如增加对真菌感染的易感性的基因。

在我看来，变异育种也是一种生物技术，已经用于有机食品生产。在突变育种中，使用辐射或化学物质随机地在数百或数千种子的DNA中进行突变，然后在田间生长。育种者扫描具有所需性状的植物的田地，例如抗病性或增加的产量。通过这一过程创造并商业化了数以千计的新作物品种，包括从藜麦品种到葡萄柚品种的所有品种。突变育种被认为是传统的育种技术，因此在美国不是有机农业的“ 排除方法 ”。

用于突变的CRISPR与基因工程更类似于突变育种。它创造了与突变育种相似的最终产品，但消除了随机性。它不会引入新的DNA。它是一种受控且可预测的技术，用于产生有益的新植物品种，能够抵抗疾病或风化不利的环境条件。

失去的机会 - 从基因工程中学习

大多数商业化的基因工程性状赋予玉米，大豆或棉花除草剂耐受性或抗虫性。然而，存在许多其他工程作物。虽然有少数人在田间种植，但大多数人都被遗忘在研究实验室的黑暗角落，因为通过监管障碍的费用过高。如果监管环境和公众认知允许，具有这些有价值特征的作物可以由CRISPR生产，并在我们的土壤和我们的餐桌上变得普遍。

例如，我在加州大学伯克利分校的顾问与同事共同开发了一种低过敏性的小麦。这种小麦的种子被俘虏在我们建筑物地下室的信封中，多年未受影响。使用甜椒基因防治细菌病的番茄，无需使用铜基农药，一直在努力争取资金继续前进。胡萝卜，木薯，莴苣，土豆和更已被设计用于增加营养价值。这些品种展示了研究人员在为生活带来有益的新特征方面的创造力和专业知识。那么，为什么我不能在杂货店购买用低过敏性小麦制成的面包呢?

放松大农业的把握

研究和开发一种新的转基因作物在大型种子公司的成本约为1亿美元。清除美国农业部，EPA和/或FDA(取决于工程特性)所规定的监管障碍需要5到7年，另外还需要3500万美元。监管很重要，应仔细评估基因工程产品。但是，这笔费用只允许拥有大量资金的大公司在这个领域竞争。这个价格让小公司，学术研究人员和非政府组织无法接受。为了收回他们在农作物商业化方面的1.35亿美元投资，公司开发产品以满足最大的种子购买者市场 - 玉米，大豆，甜菜和棉花种植者。

由于其精确性和可预测性，CRISPR的研究和开发成本要低得多。早期迹象表明，使用CRISPR进行突变将不会受到美国相同的监管障碍和成本。美国农业部于2018年3月28日发布的新闻稿称，“根据其生物技术法规，美国农业部不对有任何计划来规范可能通过传统育种技术开发的植物“如果它们是用经批准的实验室程序开发的。

如果EPA和FDA效仿合理，成本较低的法规，则CRISPR可能会逃脱大型种子公司的主导财务控制。学者，小公司和非政府组织的研究人员可能会看到辛勤工作和智力资本产生有益的基因组编辑产品，这些产品并非永远降级为研究建筑的地下室。

共同点：CRISPR可持续性

自CRISPR的基因组编辑功能解锁以来的六年中，学术界，创业公司和成熟公司已经宣布使用该技术的新农产品。其中一些侧重于消费者健康的特征，例如乳糜泻患者的低谷蛋白或无麸质小麦。其他的，如非褐变蘑菇，可以减少食物浪费。

持续的加州干旱证明了有效利用水的作物品种的重要性。已经使用CRISPR制备了在干旱胁迫下具有更高产量的玉米，并且使用CRISPR来增加其他作物的耐旱性仅是时间问题。抗白粉病的西红柿可以节省数十亿美元，并且可以消除杀菌剂的喷洒。一个番茄是鲜花和水果，使工厂初期可以在高纬度地区与长天，缩短生长季节，这将成为气候变化更重要的使用。

制定了规则，但决定是最终的吗?

在2016和2017年，美国国家有机标准委员会(NOSB)投票排除有机认证全基因组编辑的作物。

但在我看来，他们应该重新考虑。

我采访的一些有机种植者同意。加利福尼亚州的有机农民汤姆威利说：“我认为，在这种情况下，它可能有助于缩短传统育种可能需要多代植物的过程。” Willey告诉我，自然生态系统的破坏是对农业的一个重大挑战，虽然这个问题不能通过基因组编辑完全解决，但它可以提供机会“重新回到作物物种的野生祖先的基因组中以重新获得遗传物质“经过数千年的高产率繁殖，这种情况已经消失。

育种者已经成功地利用传统育种来重新引入这种多样性，但“考虑到气候变化带来的紧迫性，我们可能明智地使用CRISPR来加速这种工作，”Willey总结道。

威斯康星大学麦迪逊分校的有机玉米育种教授比尔特雷西说：“许多可能发生在自然界中的CRISPR变化可能会给各种农民带来好处。” 但是，NOSB已经就此问题投了票，如果没有重大压力，规则不太可能改变。“这是一个社会活动可能会对此产生什么影响的问题，”特雷西总结道。

生物技术辩论的各方都希望最大限度地发挥人类和环境的作用。有机(和传统)种植者，可持续农业专家，生物技术专家和政策制定者的协作解决问题将比单独行动和相互解雇的个别团体产生更大的进步。对此的障碍似乎很大，但它们是我们自己制造的。希望更多的人能够有勇气将投影机重新插入并让对话继续进行。