“全球農(nóng)業(yè)發(fā)展正在大踏步走向智能設(shè)計(jì)育種時(shí)代，而基因組編輯技術(shù)是其中不可或缺的關(guān)鍵生物技術(shù)，我希望能夠不斷推進(jìn)植物精準(zhǔn)基因組編輯育種的技術(shù)創(chuàng)新，并促進(jìn)其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的安全、高效應(yīng)用。”中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院從事基因組編輯研究的“90后”女科學(xué)家宗媛說。

 

　　傳統(tǒng)育種方法要培育出一個(gè)遺傳穩(wěn)定、且具有優(yōu)良性狀的新品種，難度大、周期長(zhǎng)，而基因組編輯工具的出現(xiàn)及應(yīng)用為作物育種提供了一種從基因?qū)用孢M(jìn)行改造的可能，尤其Cas蛋白的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用為人們提供了一把鋒利的“剪刀”。利用基因組編輯技術(shù)對(duì)控制農(nóng)作物性狀的基因進(jìn)行精準(zhǔn)改造即可改變相應(yīng)的農(nóng)藝性狀，大大加速了育種進(jìn)程。其中以CRISPR/Cas9技術(shù)為代表，自誕生之日起便掀起了研究熱潮，推動(dòng)植物育種技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的紀(jì)元，宗媛正是瞄準(zhǔn)了這一前沿領(lǐng)域。

 

　　2013年，CRISPR/Cas9系統(tǒng)的分子機(jī)制剛剛被揭示，科學(xué)家張鋒首次開發(fā)該系統(tǒng)用于動(dòng)物細(xì)胞的基因組編輯。同一年，中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所高彩霞團(tuán)隊(duì)在植物上首次實(shí)現(xiàn)了CRISPR/Cas9介導(dǎo)的基因編輯，并獲得了世界上第一株CRISPR/Cas9編輯的植物。就在這一年，宗媛從西北農(nóng)林科技大學(xué)本科畢業(yè)，因成績(jī)優(yōu)異獲得研究生保送資格，選擇了高彩霞作為自己的導(dǎo)師，踏上了在基因組編輯領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和研究之路。該系統(tǒng)迅速成為生命科學(xué)領(lǐng)域的革命性技術(shù)，而她本人也成為植物科學(xué)領(lǐng)域基因組精準(zhǔn)編輯技術(shù)革新的重要推動(dòng)者。

 

　　在高彩霞帶領(lǐng)下，宗媛等人開始關(guān)注在堿基水平上更為精準(zhǔn)的修改基因組。為實(shí)現(xiàn)單個(gè)或少數(shù)幾個(gè)堿基的替換，他們成功在小麥、水稻、玉米等植物中建立了高效、精準(zhǔn)的植物定點(diǎn)堿基替換技術(shù)體系，并利用該系統(tǒng)創(chuàng)制了一系列具有優(yōu)良性狀的作物新材料。同時(shí)，為切除少數(shù)幾個(gè)堿基，他們利用胞嘧啶脫氨酶特性以及堿基切除修復(fù)機(jī)制，首次開發(fā)了新型可預(yù)測(cè)多核苷酸刪除編輯新系統(tǒng)AFIDs，并利用此技術(shù)創(chuàng)制了水稻抗白葉枯的材料。這些技術(shù)可以對(duì)特定位置的特定堿基進(jìn)行精準(zhǔn)的改變，其結(jié)果更準(zhǔn)確和可控，大大提升了基因組編輯技術(shù)的精確度和特異性。宗媛及其合作者繼續(xù)探索將逆轉(zhuǎn)錄酶與nCas9融合，建立了植物引導(dǎo)編輯PPE系統(tǒng)。該系統(tǒng)可在小麥和水稻基因組中實(shí)現(xiàn)全部12種類型的單堿基替換、多堿基替換、小片段的精準(zhǔn)插入和刪除，極大地拓寬了基因組編輯的范疇。初步開發(fā)了這個(gè)強(qiáng)大工具之后，他們進(jìn)一步嘗試不同優(yōu)化策略，再次通過對(duì)系統(tǒng)中逆轉(zhuǎn)錄酶的改造，開發(fā)了升級(jí)版的高效植物引導(dǎo)編輯系統(tǒng)ePPE，進(jìn)一步推動(dòng)了引導(dǎo)編輯在作物育種中的應(yīng)用進(jìn)程。

 

　　2019年，宗媛獲得中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所博士學(xué)位，隨后繼續(xù)在該所從事博士后研究。她從事植物精準(zhǔn)基因組編輯領(lǐng)域的相關(guān)研究，曾獲得中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)特別獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)，以第一作者在Science、Nature Biotechnology等國(guó)際知名期刊發(fā)表SCI論文多篇。2019年度，宗媛成功入選“未來女科學(xué)家計(jì)劃”。2021年，她出任中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院教授。

 

　　作為中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究中心的第一名“90后”教授，宗媛繼續(xù)以探索和開發(fā)更先進(jìn)的基因組編輯技術(shù)和合成生物學(xué)技術(shù)為研究方向，以先進(jìn)生物技術(shù)改良基因組背景復(fù)雜的小麥為研究目標(biāo)。近一年的時(shí)間里，她初步建立了研究團(tuán)隊(duì)，手把手地向?qū)W生傳授研究思路、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、分析方法等，一如既往地忙碌在科研崗位上。

 

　　談到青年科學(xué)家責(zé)任和擔(dān)當(dāng)，宗媛說：“青年科學(xué)家要敢于挑戰(zhàn)‘無人區(qū)’的科學(xué)問題和技術(shù)瓶頸，大膽創(chuàng)新。”對(duì)于未來，宗媛打算繼續(xù)探索更為豐富強(qiáng)大的新技術(shù)，推進(jìn)小麥基因組編輯技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，實(shí)現(xiàn)小麥重要農(nóng)藝性狀的設(shè)計(jì)和創(chuàng)制，探索基因組編輯技術(shù)與其他新型育種技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，促進(jìn)育種產(chǎn)業(yè)朝智能育種階段快速邁進(jìn)。