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期刊《Trends in Biotechnology》（影響因子19.536，工程技術一區(qū)，生物工程技術領域排名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注。伴隨著植物合成生物學與基因編輯技術（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)的功能作物領域，并系統(tǒng)總結(jié)了水稻胚乳作為反應器在分子農(nóng)場的應用與未來發(fā)展方向。

 

　　水稻胚乳是理想的生物反應器，因其遺傳與生物信息資源豐富、具有表達復雜蛋白的能力、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與應用基礎研究重大項目、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）