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Napigen开发农作物杂交制种细胞基因编辑技术

作者:Magigen

位于特拉华州威尔明顿的基因组工程公司Napigen刚刚完成一轮790万美元的种子融资,准备将其线粒体和叶绿体基因编辑技术推向农业应用,并计划未来将该技术用于人类健康方面。

这家初创公司已经验证了其在酵母线粒体和衣藻叶绿体中编辑专有细胞器基因组的方法,并将该方法进一步应用于小麦和水稻的杂交种子生产。

Napigen成立于2016年,由总裁兼首席执行官酒井哈吉与其他三位联合创始人共同创立,其中包括加州大学伯克利分校生物工程教授Keasling。当公司成立时,CRISPR基因编辑技术已经存在好几年了,但没有人能真正很好地编辑细胞器DNA。大约两年后,Napigen提出了一种新的CRISPR介导的细胞器基因组编辑技术,并成功地在酵母线粒体和衣藻叶绿体中进行了概念验证实验。Napigen的核心技术命名为Edit Plasmids,并在2020年发表的论文。该技术利用Cas9蛋白和向导RNA(gRNA),以诱导细胞器基因组中的双链切割位点,并携带一段供者DNA进行基因编辑。编辑质粒通过基因敲除微投射法导入细胞器。鉴于该方法在酵母和衣藻方面取得了成功,Napigen在植物中测试了该技术,特别是以水稻为模型。然而,该公司面临的最大挑战之一是没有发现一组用于植物线粒体基因组编辑的标记基因。

酒井说:“我们从头开始,”并补充说,该公司已建立了可用于植物线粒体基因编辑的选择标记基因。酒井说,除了植物外,他相信这些标记基因还可以用于其他生物体,包括哺乳动物细胞。“我们非常兴奋,”他说。“通过选择标记基因和我们的基因编辑技术编辑质粒的结合,我们现在有了一种更通用的方法来设计植物以外的细胞器DNA。”在这方面,酒井说,该公司还在人类细胞中测试该方法,以研究该技术在哺乳动物线粒体基因组中的适用性。

今年早些时候,Napigen获得了美国国立卫生研究院小型企业创新研究(SBIR)项目的22.5万美元拨款,以实现人类细胞中的线粒体转化和基因编辑。然而,该公司认为农业是目前最重要的业务目标。酒井说:“我们的近期目标肯定是种植作物。”他在杜邦农艺性状研发部门领导了近二十年的基因发现工作,之后创办了Napigen。该公司的一个相当明确的目标是使用线粒体DNA编辑技术生产作物的杂交种子,特别是在小麦和水稻中。植物杂交是现代农业中创造更高效作物系统的一种常见方法,它可以通过将具有首选性状的亲本作物品种进行异花授粉,有效地将所需品质(如耐旱性、抗病性和产量增加)引入后代。然而,因为包括小麦和水稻在内的许多作物都是自花授粉的,所以将它们与其他植物杂交非常困难。

为了缓解这一挑战,科学家通常需要培育出雄性不育植物,这些植物本身无法产生或释放功能性花粉,从而实现杂交。由于已知植物线粒体DNA中存在与雄性不育相关的突变,该公司的下一个里程碑是编辑线粒体基因组,以实现雄性不育作物,可以通过异花授粉产生杂交种子。

Napigen将利用种子基金筹集的790万美元来支持研究。公司目前专注处理植物问题,可以集中利用资源。公司还进一步验证其技术。

虽然公司研究人员尚未彻底检查该方法的脱靶效应,但他们计划通过正在进行的水稻实验来实现这一点。Napigen的编辑质粒技术与其他线粒体基因组编辑方法存在竞争,如CRISPR和转录激活物样效应器核酸酶(TALENs)介导的方法,但从商业角度来看,目前没有看到严重的竞争对手。Napigen目前在美国有四项涉及其技术的专利申请,并计划今年再提交两项。除了农业,公司希望Napigen的技术最终能够应用于人类医疗保健。如果该方法在人类细胞中被证明是安全有效的,他设想将其用于直接修复患者中引起疾病的线粒体突变,并产生用于线粒体疾病药物筛选的各种基因型的细胞系。


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文章分类: 科技最前线
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