1996年，也就是臭名昭著的第一个体细胞核移植（SCNT）克隆哺乳动物多利（Dolly）诞生之年，以及《美国生物技术协调框架》（United States Coordinated Framework for Regulation of Biotechnology）的颁布，一篇综述论文发现，在PubMed上搜索“转基因家畜”一词时发表的289篇论文中，24%为综述文章。这一比例没有太大变化，今天相同的搜索返回了大约30%的评论文章。转基因家畜的承诺发生了什么？该领域几乎四分之一的出版物都是评论而非原创研究文章，35年来只有一种转基因食用动物被商业化（如本系列第2部分所述）？

牲畜养殖部门不同于植物养殖部门，全球1700多万农民种植转基因植物。这部分是由于两个王国之间的生物学差异，包括繁殖模式（例如植物可以自花授粉）和每个繁殖周期的后代数量。动物和植物育种之间的一个主要区别是，前者更强调种群改良，产品开发主要包括通过异交繁殖这些改良的基因，而在后者更强调以可识别的植物品种的形式选择改良的产品，这通常也是下一个繁殖周期的亲本来源。

一个转基因植物转化事件（通常受IP保护）可以在种子繁殖中被放大，但在动物中，创始人事件必须发生在育种核心的精英种群中，然后通过乘数传递到商业部门，这一过程可能需要几十年，取决于物种的世代间隔。

此外，在动物育种计划中，需要将所需的性状引入几个品种或系中，因为它们通常通过杂交广泛利用杂种优势（或杂种优势）。例如，一个典型的现代肉鸡养殖计划如图1所示。

图1.现代肉鸡育种计划，以金字塔每个层次代表一代人，以及将遗传从鸡育种金字塔顶端转移到消费者的时间线。

遗传改良和所需性状的谱系选择发生在四条线的金字塔顶端。在谱系段中，有特定的雄性和雌性系，雄性系通常选择用于可遗传的生长和生产性状，雌性系选择用于早期生长和构象。金字塔底部的商业肉鸡（第五代）是一种四向杂交，由雄性和雌性亲本杂交而来。

基因组编辑提供了一种有效的方法，通过基因功能的靶向失活和/或在没有不希望的连锁阻力的情况下通过等位基因渗入，将有用的遗传变异引入家畜育种计划。基因组编辑涉及使用位点定向核酸酶（例如TALENS（转录激活物样效应器核酸酶）或CRISPR（簇状规则间隔短回文重复序列）/CRISPR关联系统（CAS），以有效地在基因组中的预定位置引入双链断裂（DSB）。DSB可以通过细胞的天然DNA修复机制（非同源末端连接；（NHEJ））修复，通常导致DNA切割位点的单核苷酸变化、缺失或小（1-2个核苷酸）插入。在这种情况下，尽管切割位点的位置非常精确，但DNA修复时发生的确切变化是随机的，因此，代表微小序列变化的许多不同结果是可能的。

或者，可以使用核酸模板指导修复以引入、删除或替换遗传代码中的一系列字母。这基本上能够基于对目标物种中自然发生的遗传变异的理解，通过同源性定向修复（HDR）引入已知的、期望的等位基因或单倍型。现在可以改变动物基因组，而不必加入转基因遗传物质。迄今为止，编辑的体细胞的SCNT克隆，特别是HDR供体模板定义的改变，已成为产生家畜基因组中携带核酸酶介导的遗传变化，特别是HDR供体模板定义改变的主要方法。

研究人员已经生产了许多基因编辑的农场动物，用于生物医学研究应用，也用于农业用途（见我最近的综述论文中的表2）。后一组包括没有携带新DNA序列的动物（例如猪繁殖和呼吸综合征（PRRS）病毒抗性CD163敲除猪；肌肉生长抑制素基因敲除绵羊和牛，瘦肉产量增加；以及羊毛长度和产量增加的淘汰羊；种内等位基因替换（例如，由于POLLED基因座的等位基因替代导致无角奶牛）；种内基因插入也被称为顺式基因（例如，由于牛NRAMP1基因的敲入而增加了对结核病的抵抗力的牛）；以及具有种间等位基因替代的动物，类似于传统转基因应用（例如携带来自非洲猪瘟抗性非洲野猪（Phacochoerus africanus）等位基因的家猪（Sus-scrofa））。

毫不奇怪，研究人员通过基因编辑（动物健康和福祉、产品质量和产量）瞄准的特征与传统选择计划的育种目标相同。健康和福利特性也是公众特别感兴趣的，尤其是像雌性蛋鸡这样的项目。与早期的基因工程方法一样，育种者能否在商业农场动物基因改良计划中使用基因编辑，将在很大程度上取决于围绕监管框架和治理的全球决策。

重新思考的机会

2017年初，美国食品和药物管理局（FDA）发布了其最新的“行业指南#187”草案，并将标题改为“动物故意改变基因组DNA的监管”。该指南建议，将所有使用现代分子技术（包括基因编辑技术）故意改变基因组的食用动物作为新的动物药物进行监管。这包括使用常规育种可以获得的许多相同的核苷酸插入、替换或缺失。不再是转基因rDNA构建体的存在触发了FDA在商业放行前的强制性上市前监管，而是动物基因组中任何“有意改变的基因组DNA”的存在引发了监管。

这与1986年《协调框架》的措辞相违背，该框架指出，只需要对故意形成的含有遗传物质的属间（即转基因）组合的生物进行监管审查。这也与OSTP政策背道而驰，该政策是2016年美国国家科学、工程和医学院的报告，其中建议采用“产品而非过程”监管触发机制。此外，这与美国农业部对基因编辑食品植物的监管方法相反，也与世界上许多国家（如阿根廷）其他监管机构做出的决定不一致，对全球贸易产生影响。考虑到家畜基因组中天然存在的已知遗传变异，强制上市前监管机构批准相同物种（顺基因）中的缺失、突变和一个野生型等位基因向另一个野生类型等位基因的转换是不科学的。

图2显示了基因编辑动物的全球监管格局。如果这些动物没有携带新的DNA（转基因DNA），这意味着DNA的改变可以通过常规育种实现，那么许多国家不需要额外的监管监督。迄今为止，只有一家大型全球动物基因公司宣布计划将基因编辑的食用动物商业化。密苏里大学与总部位于英国的Genus plc签署了一项独家全球许可协议，以实现未来PRRS病毒抗性猪的潜在商业化。该公司还与中国领先的动物蛋白遗传企业北京首创农业有限公司（Beijing Capital Agribusions Co.Ltd）进行了战略合作，以在中国研究、开发、注册和销售抗PRRS病毒的精英猪。

图2：对未携带转基因DNA的基因编辑动物是否会触发额外监管的全球图景

在2020年2月的一封题为《动物基因组编辑：为什么FDA法规很重要》的信函中，FDA兽医医学中心（CVM）主任Steven M。所罗门提出了理由，“为什么有必要对动物的有意基因组改变进行监管，即使当有意的改变试图复制自然发生的突变时也是如此。”然后，他特别将自己的论点与我们食用的其他王国的生物（即植物和微生物）的有意基因组变化进行了区分，“读者应注意，我们的声明与动物的故意基因组改变有关；我们不评论植物或其他生物的改变。”

这表明在动物中有意的基因组改变存在着独特的风险。然而，在植物育种的历史上，有很多例子表明，通过传统的选择性育种努力，植物中的抗营养素无意中增加了（例如，马铃薯中的龙葵碱，或芹菜中的补骨脂素）。我很难从传统动物饲养中得出类似的食品安全问题。所罗门博士接着以一个自然发生的基因组变异的案例来支持他的论点，该变异对动物健康有害，并且由于传统的选择而增加了频率。“有一个特别令人信服的例子表明，传统育种技术产生的牛隐性基因组改变的风险：在荷斯坦犊牛中，牛白细胞粘附缺陷（BLAD）综合征的发病率很高，这是一种致命的常染色体隐性疾病。”

《自然-生物技术》发表了自己的编辑回应，这是一个不同寻常的举动——FDA的信件对此进行了反驳，“如果BLAD病例历史告诉我们什么的话，那就是DNA排列的起源（传统育种、重组DNA或基因编辑）对动物的影响很小。家养牛的基因组包含数百万种自然变异：1000头牛基因组项目发现了超过8650万种差异（插入、缺失和单核苷酸变异）。”在牛品种中。根据该领域的著名研究人员，这些变体中没有一种对牛奶或肉类消费者产生不良影响。在这种无害变异的背景下，一种可识别变异的存在如何证明FDA强制监督的成本和延迟是合理的？

我在动物遗传学和基因组学方面度过了一段职业生涯。在相当长的一段时间里，还不可能利用分子生物学的工具，通过转基因将抗病性等有用的遗传变异引入家畜育种计划。基因组编辑为使用分子工具提供了一个新的机会，这种方式不一定会引入转基因DNA。人们希望这将有助于避免监管成本，因为监管成本会有效扼杀转基因应用，和圭尔夫大学的“环保”。阻止这些转基因动物上市与机会成本的丧失有关，因为我们还没有治愈乳腺炎，猪仍然无法消化植酸。本可以帮助解决这些动物疾病和磷污染问题的遗传解决方案刚刚被搁置。

从监管角度来看，使用常规育种可以实现的基因编辑动物改变不会被区别对待。这是美国农业部关于基因组编辑植物的决定，也是几个国家的决定（图2）。然而，包括美国在内的一些国家的决定是，根据基因编辑动物的事实，而不是产品的新颖性或风险，对基因编辑动物进行监管。我担心，这将导致美国动物农业中又一长串放弃的基因创新，并使那些以产品风险为重点的监管方法的国家受益。