近日，華南農(nóng)業(yè)大學生命科學學院、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護與利用國家重點實驗室、嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學與技術(shù)廣東省實驗室祝欽瀧研究員與劉耀光院士團隊在國際著名學術(shù)期刊《Trends in Biotechnology》（影響因子19.536，工程技術(shù)一區(qū)，生物工程技術(shù)領(lǐng)域排名3/159）在線發(fā)表了題為“Molecular farming using transgenic rice endosperm”的綜述論文（論文鏈接地址：https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2022.04.002）。該論文系統(tǒng)總結(jié)了水稻胚乳作為生物反應(yīng)器的優(yōu)缺點、對分子農(nóng)場概念提出了新的見解，并對如何提高目標產(chǎn)物含量及其面臨的挑戰(zhàn)進行了討論，展望了利用水稻胚乳為代表的植物分子農(nóng)場的未來發(fā)展方向。
植物表達系統(tǒng)具有低成本、可擴展、安全且環(huán)保的特點。傳統(tǒng)分子農(nóng)場，就是利用常規(guī)基因工程方法在植物生物反應(yīng)器中生產(chǎn)各種重要的生物醫(yī)藥的目標產(chǎn)物。由于不同于一般的以微生物或動物細胞所生產(chǎn)的蛋白藥物，分子農(nóng)場所生產(chǎn)的醫(yī)用蛋白質(zhì)沒有人類病原或微生物毒素等安全顧慮。近期加拿大衛(wèi)生部批準了世界首個植物來源的新冠病毒疫苗COVIFENZ?，由于其生產(chǎn)優(yōu)勢明顯、安全性良好，使得分子農(nóng)場的發(fā)展受到越來越多的關(guān)注。伴隨著植物合成生物學與基因編輯技術(shù)（如多基因堆疊系統(tǒng)TGSII和基因編輯系統(tǒng)CRISPR/Cas）的快速發(fā)展，多種營養(yǎng)素和復(fù)雜的生物活性物質(zhì)實現(xiàn)了在植物（作物）中的合成。而傳統(tǒng)的植物分子農(nóng)場概念（采用常規(guī)基因工程方法表達少數(shù)基因，主要用于生產(chǎn)醫(yī)用蛋白等）顯然已不能滿足當前的發(fā)展需要。為此，該綜述提出了分子農(nóng)場概念的新見解，將其從生產(chǎn)醫(yī)用目標產(chǎn)物延伸到開發(fā)具有重要營養(yǎng)素和生物活性物質(zhì)的功能作物領(lǐng)域，并系統(tǒng)總結(jié)了水稻胚乳作為反應(yīng)器在分子農(nóng)場的應(yīng)用與未來發(fā)展方向。
水稻胚乳是理想的生物反應(yīng)器，因其遺傳與生物信息資源豐富、具有表達復(fù)雜蛋白的能力、提取和處理目標產(chǎn)物的簡易性、低的生產(chǎn)成本和較少的生物安全隱患等優(yōu)點，已被廣泛用于分子農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重組醫(yī)用蛋白多肽和生物活性物質(zhì)，如抗原和疫苗/口服疫苗、抗體、藥用蛋白質(zhì)和多肽、維生素和礦物質(zhì)、類黃酮、花青素和多酚（如作者前期創(chuàng)制的富含植物營養(yǎng)素花青素的“紫晶米”）、以及類胡蘿卜素（如富含高級類胡蘿卜素蝦青素的功能型水稻新種質(zhì)“赤晶米”）。 基于目前分子農(nóng)場的現(xiàn)狀，該綜述提出了增強水稻胚乳生物合成產(chǎn)量的策略，指出了水稻胚乳作為分子農(nóng)場面臨的挑戰(zhàn)，并總結(jié)了一些相應(yīng)的解決方案。最后，作者提出了未來通過調(diào)整法律法規(guī)和促進多學科合作，完善規(guī)?；a(chǎn)，用水稻胚乳提供更多有價值的生物產(chǎn)品，如可用于低成本、大規(guī)模生產(chǎn)針對SARS-CoV-2的佐劑植物源性疫苗CoVLP等。
祝欽瀧研究員為論文的第一作者和通訊作者；劉耀光院士指導了論文的寫作，博士后譚健韜（現(xiàn)入職廣東省農(nóng)科院水稻所工作）作為共同作者參與了論文的寫作。該工作得到了廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項目、國家自然科學基金、嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)重點實驗室項目和廣東特支計劃科技創(chuàng)新青年拔尖人才專項資助。 （文圖/生命科學學院）
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