我们对工程基因组的见解

基因组生物学最近的一期关于基因组编辑见解的专刊强调了利用一系列强大的基因组编辑工具从工程基因组中获得的宝贵见解。

中国双胞胎婴儿出生的突发新闻，其CCR5基因被编辑以保护他们免受艾滋病毒感染，再次将基因组工程置于热议的中心。人类和农业基因组工程一直是许多研究人员以及决策机构关注的焦点，然而，基因组编辑工具不仅可以用于产生具有某些期望特征的生物体，而且还可以用于了解更多关于特定生物机制的知识。

植物病原菌抗性一直是作物的理想性状，可以解决农业生产成本高的主要问题。向吉等人研究传统的CRISPR-Cas9基因编辑方法，发现广泛的非靶向效应可能是该方法在农业上应用的主要障碍。因此，他们开发了两个新的病毒诱导基因组编辑系统。他们能够证明新的系统可以通过Cas9蛋白的瞬时表达有效地减少病毒负荷。在病毒感染前后转基因植株中，离靶位点似乎很少见。

尽管CRISPR-Cas9已经允许以碱基对精度对作物进行定向基因组编辑，但在农业应用的道路上仍然存在障碍。Armin Scheben和David Edwards讨论了从实验室到农场的基因组编辑作物的瓶颈，包括在发现和优先确定农艺目标基因方面的挑战，以及政府如何严格选择对转基因作物的监管。Christine Tait Burkard和他的同事们回顾了基因组编辑在影响农场动物生产力、健康和福利的问题上应用于农场动物物种的最新进展。

走向精确编辑

如果基因组编辑方法能够实现零偏离目标和没有偏离目标的错误，我们可能会对基因工程生物体更为满意。Ferhat-Alkan和他的同事提供了一个新的角度来评估CRISPR-Cas9的非靶向效应；他们关注的是核酸双能参数。郭涛和同事着重研究了Cas9诱导的非同源末端连接错误模式，并由此设计了一种成对的引导RNA方法来利用基因组编辑中的精确非同源末端连接。

扩展工具箱

基因组编辑工具（如功能基因组研究）的争议较小的应用，其挑战性不亚于农业中的基因组编辑，需要扩展替代工具以适应不同的基因组区域。Yong Lei和他的同事回顾了DNA甲基化领域的技术进步，当前工具面临的剩余挑战，以及未来新工具的开发如何能够改进表观遗传标记的精确添加或移除。

这期特刊还收录了赵莉和同事们开发的扩展基础编辑工具，用于编辑植物中抗除草剂基因的多个拷贝；Michael Gapinske和同事们开发的CRISPR-SKIP用于用基础编辑程序进行基因剪接；以及Raed-Ibraheim及其同事建立的脑膜奈瑟菌Cas9腺相关病毒体内一体传递系统。本期特刊还包括Vivien A.C.Scheoonenberg及其同事的CRISPRO，这是一个计算工具，可以从CRISPR平铺屏幕获得机械洞察力，执行蛋白质和核苷酸序列水平注释，以及蛋白质结构的三维可视化，以阐明功能残基并预测基因组编辑的表型结果。

随着基因组编辑工具及其应用的扩展，解决我们的伦理问题，包括人类健康和食品安全问题的措施显然需要加强。对于如何实现精确的基因组编辑的见解将能够从不同的方面指导基因组编辑的法规。我们的见解和未来的研究将对推动这一领域朝着健康的方向发展具有重要意义。