科學家怎麼判斷基因編輯的食品安全？ 財團法人食品工業發展研究所　林奐妤　研究員 摘要 　　基因編輯食品，是一種利用基因編輯技術作為生物育種或優化的工具，透過精準的技術改變基因體DNA序列，使生物產生新的性狀，以這些新穎特性生物衍生的食品則為基因編輯食品。利用基因編輯系統，可加速對生物的精準基因工程，改良生物特性，使生物更有利於在食品領域之應用。然而，基因編輯食品是否安全，如何確保基因編輯食品對人體健康的安全，更是大家所關注的焦點。近年來，許多國家陸續訂出基因編輯食品明確的管理方向，以終產品為導向的管理模式，只要終產品不含有外源基因，則可視為傳統食品，不以基因改造食品方式管理。這不僅加速基因編輯食品的應用性，更能透過創新來幫助農民應對氣候變遷的挑戰，提高永續性，保護生物多樣性。今年10月2日食品安全會報，行政院院長表示，「我國對於基因改造食品已有完整管理機制，然而隨著世界各國在農產品與食品領域持續進行研究發展，並陸續出現新興基因編輯技術，請衛福部在確保食品安全前提下，審慎評估相關管理方式，並積極研議納入監管。」將來，基因編輯食品在政府的管理下進行安全性評估，建立相關管理制度，不僅能確保基因編輯食品的安全性，更能降低民眾對基因編輯食品的疑慮，讓民眾吃得安心、吃得健康。 食品安全 　　食品安全是一門以科學為基礎的學科，也是一個防止含有可能危害人體健康物質進入食品鏈的流程，更是一個為了確保食品安全食用的行動。為了確保食品安全，科學家透過微生物學、毒理學、化學、流行病學、生物學、遺傳學等各種學科的研究，提供了食品安全危害及其風險的證據，而政府管理機構則建立了政策、標準、規範等方法來管理可能發生的危害風險。我們無法將市場上所有的食品進行全面性的檢查，確認所有的食品都沒有任何危害，我們能做的是運用科學的方法，預測食品安全危害的嚴重性，並在食品鏈的各種加工環節、各種階段採取預防及控制措施，以降低食品安全問題發生的可能性。 基因編輯食品 　　基因編輯食品，是一種利用基因編輯技術作為植物育種的工具，透過精準的技術改變基因體DNA序列，使植物產生新的性狀，以這些新穎特性植物衍生的食品則為基因編輯食品。DNA序列改變是件很可怕的事嗎? 從科學家的角度看「DNA改變一點也不可怕」，是件非常稀鬆平常的事情。當細胞在複製的時候，可能會出現錯誤導致DNA序列發生改變；當細胞暴露在某些環境中，可能是紫外線輻射、可能是某些化學物質，都可能引起DNA發生變化，改變DNA序列。在自然界中，有許多因為基因發生突變而改變顏色的例子，就如高麗菜有綠色和紫色，葡萄柚有白肉和紅肉，都是自然界中普遍存在的現象，然而改變是隨機的，不可控的。基因編輯技術造成的DNA改變，是人為刻意的改變，經過長期累積的科學研究，科學家們知道哪些基因是調控哪些性狀，因此科學家們可以精準調控出果實的顏色、風味及成熟度等，也提高了產品本身的價值及應用性。 釐清基因編輯技術之歸屬 　　基因編輯技術是基因工程技術之一，除了近年來最火紅的常間群聚短廻文重複序列核酸酶(CRISPR-Cas)技術外，還包含巨核酸酶(MN)技術、鋅指核酸酶(ZFN)技術、類轉錄激活效應因子核酸酶(TALEN)技術及寡核苷酸定點突變(ODM)技術等。基因改造技術也屬於基因工程技術，從科學的角度認為「基因編輯技術不完全等於基因改造技術」，當然這兩種技術的相同之處在於都需要使用到分子生物技術，也都會發生基因重組的現象，更可以作為植物育種的工具，造成植物性狀的改變。這兩種技術的主要不同在於，基因改造技術是隨機的插入一段外源基因而改變生物性狀，而基因編輯技術是精準的調控目標基因而改變生物性狀的。 從管理層面看基因編輯食品 　　從管理層面來看，各個國家已擁有完整的基因改造食品風險管理制度，而後因技術進步而逐漸發展出新興的基因編輯食品，也因此，許多國家都在現有的管理體制下去管理基因編輯食品之風險。然而，基因編輯技術的操作手法具有多種方式，使得基因編輯食品可能不含有外源基因，可能在研發過程中有使用外源基因但最終產品已去除外源基因，也有可能使用基因編輯技術但中產品仍有外源基因的。因此，許多國家在管理基因編輯食品時，都建立了諮詢程序，請研發業者提供研發過程方法，管理機構以終產品是否帶有外源基因進行判斷納入基因改造食品列管，或是為一般傳統食品而不加以管制(圖一)。 圖一、新興生技食品管理制度多以終產品是否帶有外源基因判斷納入基因改造食品列管 生技食品安全著重於是否含有外源基因 　　基因改造食品的安全評估主要是針對外源基因進行評估，包含外源基因的來源、功能、表現量、嵌入位置、穩定性、新表現出的蛋白質特性、毒性、致敏性等，絕大多數的科學評估都是基於外源基因而進行的。也因此，各國在管理基因編輯食品時，大多都是以終產品是否帶有外源基因作為判斷是否為基因改造食品的依據，在評估安全性時，除了確認不會產生新過敏原或增加已知毒素外，主要就是要確認終產品不殘留外源基因。 各國對基因編輯食品之安全性評估 （一）美國 美國食品藥物管理局對於不確定產品是否有食品安全風險採自願性「上市前諮詢」之管理程序，將評估 確認不含已知對人體健康有影響之過敏原或毒性 確認食品中潛在有害成分含量是否增加 食品營養價值是否顯著改變而引起安全疑慮 改變食品用途 引入外源基因 此外，對於安全疑慮較低的基因編輯植物採自願性「上市前會議」之管理程序，主要是針對 不會導致毒素或過敏原含量增加 不涉及引入新的外源基因之植物產品 上市前會議報告內容須包含描述作為食品之新品種的安全特性；說明新品種的特徵，是否具有上市前諮詢；說明新品種食品如何確保安全性且合乎規範。 （二）加拿大 加拿大衛生部對於基因編輯食品之安全性評估，包含 不會以引入或增加與已知與人類健康相關的過敏原或毒素的相似性的內生性蛋白質 不會使已知的內生性過敏原、毒素或抗營養素的含量提高至超出植物物種中的歷史記錄範圍 不會對關鍵營養成分或代謝產生影響 沒有故意改變植物的食品用途 在最終植物產品中沒有產生外來DNA （三）日本 日本消費者廳對基因編輯食品評估流程分為兩個階段，「上市前諮詢」及「上市前申報」，皆提交6項審查資料，包括 基因編輯食品的品名、種類、概要 使用基因編輯技術的方法及編輯內容 確認不殘留外源基因之資料 確認DNA變化不會對人體健康產生不利影響，如產生新過敏原或增加已知毒素 編輯是否影響目標代謝系統以改變特定成分 預計上市時間 （四）中國 中國農業農村部對於基因編輯植物，評估內容涵蓋分子特性、環境安全、食用安全，在分子特性評估須 確認基因編輯後目標基因的序列分析 載體序列殘留的情形 脫靶效應 在食用安全評估須進行 關鍵成分分析 膳食曝露量評估 當有特定蛋白質表現量顯著增加，須提供表現量分析、已知毒性蛋白、抗營養物質及致敏性胺基酸序列相似性分析 當有產生新表現蛋白質，須提供表現量分析、已知毒性蛋白、抗營養物質及過敏原胺基酸序列相似性分析，新表現蛋白質之毒理學試驗 若上述可能增加食品安全風險，則須提供大鼠90天餵食試驗 （五）新加坡 新加坡對於基因編輯食品或飼料的判定主要無引入外源DNA，在提交上市前通知的資訊檢查表須提供 研發者資訊 基因編輯作物基本資料 基因編輯作物詳細資訊包括其他國家的核准/通知情形及科學性食品安全分析結果 基因編輯過程及驗證資訊，包括基因編輯過程，目標基因、位置、序列、功能，基因編輯作物之描述，編輯之基因序列或全基因體定序，基因編輯作物之終產品中完整移除外源DNA之證明，基因編輯作物之終產品性狀，基因編輯作物中編輯基因體之穩定性 　　比較各國基因編輯食品安全評估內容(表一)，上述5個國家都須確認不含外源基因，或沒有載體序列殘留在終產品中，除新加坡外，也都需要確認沒有已知毒性物質、過敏原等物質，並確認不會對關鍵營養成分或代謝產生影響。中國與其他幾個國家的差異最大，主要是中國的基因編輯食品，涵蓋了使用基因編輯技術且含有外源基因的產品，在其他國家都以基因改造食品進行管理，因此中國的基因編輯食品會有大量的安全評估項目，包含特定蛋白質之毒理試驗及90天大鼠試驗。 表一、比較各國基因編輯食品安全評估內容   美國 加拿大 日本 中國 新加坡 不含外源基因 ○ ○ ○ ○ ○ 無已知毒性物質(序列分析) ○ ○ ○ ○*   無已知過敏原(序列分析) ○ ○ ○ ○*   改變營養 / 代謝 ○ ○   ○*   潛在有害含量 ○ ○   ○*   基因編輯過程 ○       ○ 目標序列分析       ○ ○ 內生性過敏原分析   ○       改變食品用途   ○       脫靶效應       ○   關鍵成分分析       ○   膳食暴露量       ○   特定蛋白質毒理試驗       ○**   90天大白鼠試驗       ○***   *當有特定蛋白質表現量顯著增加時須提供 **當有產生新表現蛋白質須提供 ***當有增加食品安全風險之疑慮時須提供 基因改造、基因編輯各國用詞大不同 　　在研究各國基因編輯安全評估時，發現每個國家對於基因造及基因編輯的用詞略有不同(表二)，我國稱基因改造，但在其他國家有稱基因改造，也有稱生物工程、基因工程、遺傳子重組、轉基因等，此外，我國稱基因編輯，其他國家稱基因編輯或基因體編輯。然而，在進行風險溝通時，我國使用基因改造和基因編輯，最容易讓民眾認為兩者是一樣的，大家都著重在基因兩個字，而非是改造或編輯。可是從安全評估的角度，這兩者有極大的差異。基因改造因為帶有外源基因，所以在食品安全評估時更重視外源基因及其轉譯後新表現蛋白質之安全風險。 表二、各國對於基因改造及基因編輯用詞比較 國家 / 地區 GM GE 我國 基因改造 基因編輯 美國 Bioengineered Genome Editing 加拿大 Genetically Modified GeneEditing 歐盟 Genetically Modified Genome Editing 日本 遺伝子組換え ゲノム編集 中國 轉基因 基因編輯 新加坡 Genetically Modified Genome Editing   小結 　　基因編輯食品透過精準的技術改變基因體DNA序列，使生物產生出新的特性。目前已成功在水稻、玉米、番茄、高粱、香蕉等植物上精準調控產生新的特性，國際已有多項基因編輯產品上市，如高油酸黃豆，高GABA番茄、不易褐變香蕉、去辛辣味之生菜等。不含有外源基因的基因編輯食品，其實與自然傳統雜交而獲得的產品無法區分，因此在國際管理上，多以終產品不殘留有外源基因作為安全評估的標準。從產品的外觀、農藝的特性、基因型的表現，皆無法區分基因編輯食品及傳統食品的狀況下，食品的安全性也是無法區分的。 參考文獻： FDA. 2024. Guidance for Industry: Foods Derived from Plants Produced Using Genome Editing. https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/guidance-industry-foods-derived-plants-produced-using-genome-editing [accessed on 2025/10/16] Health Canada. 2022. Guidelines for the Safety Assessment of Novel Foods. https://www.canada.ca/en/health-canada/services/food-nutrition/legislation-guidelines/guidance-documents/guidelines-safety-assessment-novel-foods-2006.html [accessed on 2025/10/16] Singapore Food Agency. 2024. 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基因編輯家畜禽產業化之進展 財團法人農業科技研究院動物科技研究所動物科技組  杜清富  正研究員(退休) 基因轉殖、基因回殖及基因編輯 　　細胞在分裂前須先將基因體DNA由一套複製成兩套，再等分到兩個子細胞。DNA複製時兩股同時進行，不過因兩股DNA是互補而複製有方向性(由5’端到3’端)，致使一股模板複製時可連續進行，另一股則須倒序且片段式進行，再不斷進行修補及接黏；此外，DNA雙螺旋結構在複製時也需不斷解構(斷鏈)/重接；因此DNA在複製時發生序列錯誤或突變是自然現象，此時細胞以各種機制(如甲基化)辨識新舊股DNA，舊股DNA(甲基化較多)是原始模板，因此修補時會將新股的錯誤，依舊股DNA碼將新股錯誤之DNA碼進行修補。雖然如此，每/各代間DNA組(或基因體)，仍有序列改變為單核酸變異/多態型(single nucleotide polymorphism, SNP)及突變，甚至有DNA片段缺損、插入或倒置，此種改變在體細胞不會遺傳到後代。但是，事實上在生殖細胞配子形成過程之減數分裂，卻有非常多親源染色體間互換現象，使子代基因體多樣化，以產生個體差異，以及適應環境改變之演化壓力，且此等改變會遺傳至後代，增加適應環境之機會。 　　基因轉殖(transgenesis，Tg)及基因回殖(cisgenesis，Cg)即使用各種載體，分別將不同物種(Tg)或相同物種(Cg)之基因，於前述細胞DNA複製時，逢機接至不連續複製股，造成一套或甚至兩套染色體具有Tg或Cg之外源基因，因外源基因為逢機接到不特定位置，致使有時外源基因無法表現，或該位置為重要功能基因位點，以致產生嚴重性突變，喪失重要功能，甚至在純合子時產生致死現象，有時外源基因表現過量，超出正常生理範圍產生異常現象。因此在獲得Tg或Cg之個體須如一般育種流程，再進行評估及選拔，以培育組合成有價值的品系。 　　基因編輯(gene editing, GE)為使用核酸或與蛋白質(酵素或酶)的工具(圖1)，由特定核酸引導該蛋白質在特定位置切斷雙股DNA，此現象一如誘發突變，基因體需立即進行修補缺損處，產生非同質末端連接(non-homologous end joining, NHEJ)，不過此NHEJ並非只直接黏接，亦造成細胞本身DNA序列插入及刪除(insertion and deletion, Indel)或DNA片段倒置等現象，此等現象完全無外源DNA模板加入，GE誘變產生的物種歸類為第一類定點核酸酶(site-directed nuclease-1，SDN-1)之產物。 　　不過，在進行GE時也可以額外加入外源DNA模板，使DNA在進行修復時產生同質重組反應(homologous recombination, HR)將外源DNA模板整合在斷點兩側，此GE/HR產生物種，依其模板來源區分，如為原物種之DNA序列，僅修改少數核酸碼或完整基因序列，則此類產物歸類為SDN-2物種；如DNA模板為不同物種之完整基因序列則所獲得者，則屬於SDN-3物種。 　　 圖1. 應用在畜產動物之基因編輯技術及培育種畜禽規範分類。 　　　目前在GE物種之國際規範已越趨一致，將SDN-1歸類為非基因改造生物(genetically modified organism, GMO)，SDN-3則為GMO物種，在SDN-2則仍有各國/區域不同考慮做不同歸類，如修改長短或核酸數做不同歸類(參考表1及表2)。 表1. 應用精準生物科技(基因編輯)在農業發展之全球規範(分類)依據 分類定義之問題 類別間之區分 淨體子* 能否經由傳統或經由誘發突變而獲得? 是 是 是 否 是 核酸模板? 無 短 長 是 NA "外源"DNA(合成或轉殖基因) 無 無 無 有 NA *Null segregant；NA = not all. (Wray-Cahen et al., 2024. Front Genome Ed. 6:1467080.) 表2. 應用精準生物科技(基因編輯)在農業(動物)發展之全球(主要國家)規範做法 國家 政策 類別間之區分 淨體子 定案 阿根廷 Resolution 21/2021 NGMO NGMO LnGMO GMO NGMO 是 巴西 Normative Resolution 16 NGMO LnGMO LnGMO GMO NGMO 是 哥倫比亞 Resolution No.22991 NGMO NGMO LnGMO GMO NGMO 是 美國 無GMO法,生技產品依據現有法律,以動物新藥法**規範意圖改變基因體(IGA)之動物 GFI# 187A / B IGA個別評估，依SDN類之差異 NGMO 是 日本 農林水產省-動物產品 NGMO NGMO LGMO GMO NGMO 是 澳洲 Gene Act 2000 NGMO NGMO GMO GMO NGMO 是 紐西蘭 Hazardous Substances and New Organisms Act, 1996 GMO NGMO GMO GMO NGMO   新法擬訂中 NGMO NGMO GMO GMO NGMO 以色列   NGMO NGMO NGMO GMO NGMO   英國 Genetic Technology (Precision Breeding) Act 2023 NGMO NGMO NGMO GMO NGMO 是 歐盟 僅植物 NGMO NGMO NGMO GMO NGMO   * 承上表1，NGMO = not GMO, LnGMO = Likely not GMO, LGMO = Likely GMO; ** FDA主管Animal Drug Laws, IGA= Intentional Genomic Alterations, GFI = Guidance for industry. 註：增修自Wray-Cahen et al., 2024. Front Genome Ed. 6:1467080；美國GFI 187B於2025年5月定案；英國Genetic Technology (Precision Breeding) Act 2023，適用於動植物，2025起於英格蘭、蘇格蘭及威爾斯實施。 　　不過，在蛋雞之研發，涉及半數孵化之雛雞為雄性，無法繼續飼養產蛋而需犧牲淘汰，因此學者將藍色或紅色螢光基因，藉由GE技術標植在Z染色體上(以下以Z’區別)，在母種雞性染色體WZ’之Z’攜帶螢光基因，公種雞為一般ZZ未攜帶螢光基因，因此配種後種蛋，雌性為WZ種蛋，雄性為ZZ’種蛋。在攜帶藍色螢光種蛋孵化時以藍光持續照射，在孵化第9天該蛋內胚就會死亡無法孵化，可以避免淘汰雛雞需性別判斷技術及人道爭議；在攜帶紅色螢光之種蛋進孵化器前，經由照蛋即可挑出攜帶螢光基因之雄性種蛋，即至少半數種蛋(屬雄性)，完全不用進入孵化器，可節省半數孵化電能，亦無殺生之人道議題。 　　此種攜帶螢光基因之母種雞屬於GMO，不過藉由性染體在性別傳承差異，可做到在雌性種蛋(WZ)及其孵化F1子代為所有染色體完全未攜帶外源基因之淨體子(null segregates；基因體已清淨無外源轉殖基因)，則此等F1後裔完全屬於傳統雞隻，非GMO物種，如此，全球每年可達70億個雄性種蛋可以直接淘汰不用孵蛋，其省下能源非常可觀。 達產業化之基因編輯家畜 　　在畜產動物，GE無角牛之冷凍精液最早於2016年為巴西及阿根廷核准上市，不過美國FDA於2019年審查時，因所使用乳牛體細胞於進行GE/Cg時，在將安格斯肉牛無角DNA序列植入乳牛細胞時，同時使用抗生素耐受基因做為篩選標記，造成所產製兩頭無角複製牛攜帶外源抗生素耐受基因，因而審定該牛隻屬於GMO，因此前述巴西及阿根廷立即撤銷其上市核准；此案仍持續進行各項評估及嚴謹審查，主要因出生自然無角，在乳業牛隻管理不僅免掉去角工作與管理人員工作風險，以及不用化學劑破壞角生成細胞達去角，將更符合動物福祉。     面對氣候暖化，高溫不利牛隻乳肉生產，將泌乳素接受體(prolactin receptor, PR)進行剔除，使牛隻體毛變短利於散熱達生適應熱氣候，在畜群中有PR自然突變牛隻，此案例不論肉牛或乳牛，自2020年起先後有阿根廷(2020年)、巴西(2021年/乳牛及2023年/肉牛)，以及美國(2022年)核准及視為一般育種牛隻。 　　在GE豬隻方面，於美國有少數白人被蜱蟲或璧蝨叮咬過，對α-半乳糖(α-gal)產生過敏，甚至在吃豬肉時也對豬肉中α-gal產生過敏反應，因此，原作為異種器官移植避免超急性排斥反應之半乳糖轉移酶基因剔除豬，因無α-gal被命名為「GalSafe」豬肉，不會產生過敏，FDA在2020年核准此等豬肉上市進入食物架上販售，但是要求必須清楚標示無α-gal，以維護消費者可以正確選到不含α-gal隻豬肉。     另外，在養豬產業有神祕病毒之稱的豬生殖道與呼吸道綜合症病毒(porcine reproductive and respiratory syndrome virus, PRRSV)，因病毒好感染免疫系統重要之吞噬細胞，豬群感染後，生長肥育豬隻容易產生高燒、厭食及呼吸道疾病症狀，降低生長效率甚至具高死亡率，懷孕母豬則容易流產、早產、生出木乃伊化或死亡及虛弱仔豬，對養豬產業造成非常大經濟損失。由於此病毒變異快及感染細胞免疫系途徑，因此目前使用已開發的疫苗功效不佳；在2016年起開始應用GE技術將PRRSV感染之接受體之CD163中接合區域刪除或整個基因剔除，均證實可完全抗PRRSV感染，此豬種分別在2023、2024及2025年通過哥倫比亞、巴西及美國審核可進入食物供應鏈。 　　由於氣候變遷氣溫升高，降低畜產動物生產效率及增加疾病感染威脅，諸多研究如火如荼進行，諸如抗流感雞隻，抗傳統豬瘟、非洲豬瘟、豬流行性下痢、流感病毒及日本腦炎病毒之豬隻，抗熱緊迫白體毛乳牛及耐下痢病毒牛等等。在最普遍案例之肌肉生長抑制素(myostatin)基因剔除在豬隻研發最多，牛及肉雞亦有研發，惟此案在自然突變雙肌肉牛已有長久歷史記錄，卻因犢牛有難產及其他各種缺陷，並未能由育種培育成為主要牛群，在GE豬亦發現有生理缺陷，相關研發仍需進行審慎評估，確認是否具產業價值。     此外，豬隻在將飼料能量轉換成ATP時，因粒線體中阻斷蛋白-1 (uncoupling protein-1, UCP-1)基因演化突變刪除第3-5表現子(exon)，無法阻斷ATP形成以產生體熱，致無法在寒冷環境保溫，使野生母豬築巢和商業養豬需點燈進行仔豬保溫，有學者將小鼠UCP-1基因修補豬隻突變基因，使能量可以轉化成熱能，提高仔豬體溫減少保溫所需電能，減少養豬產業仔豬保溫電能消耗之優點，不過，以飼料能量使用效率觀點，是否合算則須再評估。 有性生殖與基因重組看基因編輯 　　美國學者Wray-Cahen 等人(2022)提到GE不是萬靈丹，但是面對氣候變遷的影響，對於動物農業永續性及韌性提供機會，可改善動物健康、動物福祉及生產效率，達改善人類動物性蛋白質營養。在一項1000頭公牛基因體研究(Hayes et al., 2019)，顯示不同品種牛隻之基因體天然存在8,400萬SNP和250 萬個DNA Indels，顯示有性生殖存在基因重組(或編輯)現象，可呼應前述GE如在無外源基因植入之SDN-1類基因編輯，是一種自然現象，在應用GE精準育種，應可視為傳統育種技術，所產製之家畜禽，可歸屬於一般育種技術所培育之動物。 參考文獻： 杜清富。2023。精準育種科技之應用及發展-精準育種之基因編輯技術在家畜育種之應用。中興大學精準農業教學推動中心執行教育部「精準健康產業跨領域人才培育計畫」精準農業領域專書。第四章第一節pp.342-359。(ISBN: 978-986-96453-6-2)。 Hayes BJ, Daetwyler HD. 2019. 1000 bull genomes project to map simple and complex genetic traits in cattle: applications and outcomes. Wray-Cahen D, Bodnar A, Rexroad III C. Siewerd F, Kovich D. 2022. Advancing genome editing to improve the sustainability and resiliency of animal agriculture. CABI Agri Biosci. 3:21. Wray-Cahen D, Hallerman E, Tizard M. 2024. Global regulatory policies for animal biotechnology: overview, opportunities and challenges. Front Genome Ed. 6:1467080.

CRISPR-Cas9源自於細菌和古細菌的免疫系統中，當受到病毒感染時，細菌會轉錄出特定短重複序列的RNA以辨識具互補序列的病毒DNA，再引導酵素破壞病毒DNA，成功抵禦病毒入侵。科學家利用這套系統設計基因編輯技術，首先設計一段嚮導RNA(gRNA)以辨識目標序列，再結合DNA裂解酶-Cas9將DNA斷開，插入或刪除序列使基因改變，簡而言之，CRISPR-Cas9是由RNA及酵素製成的分子剪刀。儘管這項技術在醫學及農業上皆極具潛力，仍存在脫靶編輯(off-target editing)的風險，意指分子剪刀錯誤辨認序列導致非目標基因修飾，造成非預期的基因啟動或去活化如啟動癌症相關基因、細胞毒性、免疫反應、降低治療的潛力等疑慮。 為減少基因編輯的脫靶效應，科學家開發了多種策略包含脫靶檢測、sgRNA優化、Cas9核酸酶修飾等方法 以下簡介4種方法： 1.脫靶檢測： 　　基於演算法開發的電腦工具如CasOT、Cas-OFFinder等能夠預測由sgRNA導致的脫靶效應風險，同時開發多種定序方式如Digenome-seq、CIRCLE-seq、SITE-seq能夠辨認基因體中裂解的位點，Discover–seq甚至能　　　　　　　　　　　　　　　　　　在活體組織中偵測脫靶效應。 2.sgRNA優化： 　　針對嚮導RNA進行修飾，如設計短序列的gRNA、提升GC含量至40%-60%、添加2'-氧-甲基-3'-膦醯乙酸酯(2′-O-methyl-3′-phosphonoacetate)進行化學修飾等方式降低脫靶效應。 3.Cas9核酸酶異構體： 　　例如Cas9切口酶(Cas9 nickase)與一般的Cas9不同，僅會切除單股DNA，或者修飾Cas9中序列鄰近構形(protospacer adjacent motif, PAM)，降低非標的位點辨認及結合，以降低脫靶風險。 4.改善遞送方式： 　　基因編輯的活性取決於編輯系統在細胞內的時間及表達程度，因此將CRISPR-Cas9送入細胞中的方式同樣影響脫靶效應，常見的方法如病毒傳導、核醣核蛋白電穿孔(ribonucleoprotein electroporation)、植體轉染等，其中以核醣核蛋白電穿孔脫靶效應機率最低。 　　隨著這些新興技術的開發與優化，CRISPR-Cas9 正朝向更安全與精準的方向發展，未來有望在治療疾病及改良作物等方面發揮更大的作用。 【延伸閱讀】- 利用基因編輯技術-CRISPR系統調整甘蔗葉片角度提高生物質產量

農業基因編輯懶人包下載點 農業基因編輯懶人包-帶您輕鬆了解基因編輯在農業上的應用   1. 基因編輯技術應用在農業上所帶來的好處 可更快速、精準地培育出新品系，以因應氣候變遷帶來的衝擊，並提供符合大眾需求，高營養、具機能性、好吃又安全的農產品。 2. 基因編輯原理 基因編輯技術就像具定位功能的分子剪刀，鎖定生物中能控制目標性狀的特定基因，把基因剪開後，生物會再自動修復，從修復的地方進行編輯，形成對特定基因誘導突變的現象。 3. 基因編輯應用於農產品案例介紹 透過基因編輯技術可以育出高含量GABA番茄，幫助舒眠降血壓；低茄鹼的馬鈴薯（茄鹼是發芽馬鈴薯會大量產生的天然毒素，將之降低後，食安更有保障）；還有育種出更肥美的鯛魚案例，日本政府厚生勞働省出版的小冊第6頁也有介紹喔！ 點我查看 另有美國案例，以基因編輯技術調整影響牛毛長短的基因，育種出更耐熱的短毛牛，對動物福祉有幫助，美國食品藥物管理局（FDA）審查後也認定對食安、環境沒有問題。 點我查看 4. 基因編輯與基因改造之比較 基因編輯是運用生物自然修復的機制改變基因序列，基因編輯生物的基因體中可以沒有跨物種基因。 基因改造生物（GMO）的基因體中可以有跨物種基因，風險的不確定性比較高，需要較為嚴謹的管理方式。 5. 聽說基因編輯技術在有些情況下不夠精準？ 基因編輯技術的編輯現象不夠精準地發生在不是目標的基因體位置，稱為「脫靶效應」。 在農業上不需過度擔心，育種時會透過基因定序來確認，或者再加上回交、選拔等方法，選出符合育種目標的個體。有時脫靶效應帶來「好」的性狀變化，還值得保留下來。 6. 目前世界各國政府對基因編輯的管理 日本、加拿大、美國，已有基因編輯產品上市。 英國、菲律賓、印度、澳大利亞、阿根廷、智利、巴西等國家，已經調整好法規允許基因編輯產品上市。 歐盟和紐西蘭，正在調整法規，朝鬆綁基因編輯產品上市管制方向邁進。 世界各國管理基因編輯產品的最新情況，可以到這個網站查查： Gene Editing Tracker 農業基因編輯懶人包下載點 撰文：財團法人農業科技研究院植物科技研究所 - 陳韋竣副研究員、林育萱所長

氣候及風土條件對於葡萄酒產量及品質影響深遠，因此不同年份、各地區相同品種製成的葡萄酒，皆具有獨特的風味。然而隨著氣候變遷，歷史悠久的葡萄產區發現，葡萄收穫時間及葡萄酒風味皆逐漸與以往不同，且極端天氣逐漸頻繁的發生，如高溫、乾旱或極端降雨等，皆對產業造成一定的衝擊，因此如何適應並制定減緩策略是永續生產的關鍵，其中最重要的策略為耐候育種。 　　在葡萄育種計畫中，主要藉由找出與氣候及病蟲害等逆境耐受性相關分子標誌，協助篩選目標性狀，同時利用基因編輯技術（CRISPR-cas9）改善目標性狀，使其更具韌性及永續性，但消費者接受度尚不明確。此外，許多現有的栽培種、無性繁殖品系、砧木用品種等等，具有不同生態型及獨特的特徵，尚未在原產地以外地區進行試驗，具有應用的潛力。 　　加拿大安大略省主要種植品種為V. vinifera，栽培品系大多針對果實成分及品質進行篩選且較不耐寒，耐寒性是一種複雜的性狀，受基因型及環境影響。布魯克大學(Brock University)研究團隊在先前的研究中，發現葡萄品種、無性繁殖品系及砧木對耐寒性、產量及果實品質的影響，現正在進一步評估不同土壤類型的葡萄園對於品系與根砧組合間的影響，並擴大各品系果實品質及釀酒後的感官品評，同時藉由基因型及代謝體學探勘葡萄品質及耐寒相關分子標誌及其相關代謝機制，以利加速耐寒選育。期望藉由傳統評估及跨體學方法，協助加速篩選品質更佳、更耐寒的葡萄品種，並支援Canadian Grapevine Certification Network (CGCN)的計畫。 【延伸閱讀】-利用基因編輯技術-CRISPR系統調整甘蔗葉片角度提高生物質產量

由於氣候變遷的複合效應，加劇病蟲害的流行，全球糧食系統面臨越來越大的壓力，加之對永續農業實踐的追求，如何增強其對生物及非生物逆境的耐受性以維持穩定的供應尤為重要。馬鈴薯為全球第三大糧食作物，容易受到各種病蟲害如疫病、病毒病、線蟲的問題，其中抗晚疫病育種為目前重要的目標，但尚未找到有效的抗性基因。 　　瑞典農業科學大學的研究人員在農業生物技術方面取得了重大突破，藉由CRISPR/Cas9基因編輯技術，針對馬鈴薯DMR6感病基因進行修飾，使其對於病害及環境逆境有更強的防禦能力，相關文獻發表於《園藝研究》期刊上。 　　研究顯示，編輯後的馬鈴薯Stdmr6-1變異株，對於晚疫病、瘡痂病(common scab)及早疫病(early blight)的抗性顯著提升，且產量及品質不受到影響。此外，編輯後的植株對乾旱和鹽度等非生物逆境的耐受性也有所提高，對於環境廣泛的適應性對永續農業至關重要。 　　此項技術應用不僅限於馬鈴薯，亦為增強各作物的適應能力、抗病育種提供了新途徑，同時有望大量減少農業對殺菌劑的依賴，以達到永續農業的目的。【延伸閱讀】- 建立氣候適應農業糧食系統：CRISP工具幫助專案調適氣候變遷

甘蔗是全球最重要的生物質來源之一，提供全球80%的糖及40%的生物燃料產量，它的水和光高效能利用率使其成為可再生產品和生物燃料的理想候選者。美國佛羅里達大學的高級生物能源和生物產品中心的研究人員發現，利用CRISPR/Cas9系統微調甘蔗葉片角度，有助於甘蔗捕捉更多陽光，增加生物質含量，促進在植物莖內直接合成生物燃料和高價值生物產品。然而，由於甘蔗的基因組極其複雜，傳統育種方法難以進行改良。因此，研究人員改以基因編輯工具，如CRISPR/Cas9系統，精準調整甘蔗基因組。 　　甘蔗基因的複雜性主要來自於每個基因擁有多個複製體，使得基因表現型常依賴於多個複製體累積的表現，CRISPR/Cas9系統可一次性編輯多個基因複製體，適合處理這種複雜基因組。在這項研究中，研究人員聚焦於一個名為LIGULELESS1（LG1）的基因，該基因對決定甘蔗葉片角度有關鍵作用，角度直接增加植物的光捕獲能力及生物質的產量。 　　在田間試驗中，研究人員發現，當甘蔗葉片呈現直立狀態時，可使更多光線穿透樹冠，顯著提高了生物質產量。以一個經過編輯的甘蔗品系為例，當其中約12%基因經過編輯後，葉片傾斜角度降低65%，生物質產量提高了18%。【延伸閱讀】- 將甘蔗副產物做為第二代生質酒精以外的另一種利用 　　藉此研究可得知，改變甘蔗葉片角度可增加光捕獲能力，有效提高生物質產量，在種植時可無需額外添加肥料。另外，對複雜遺傳學和基因組編輯進行深入了解，為未來改良作物的方法提供寶貴參考資料及新思考方向，有助於改善未來作物改良方法，推動農業生產的持續性發展。【延伸閱讀】- 新興基因編輯CRISPR/Cas9之最新應用

2012年CRISPR-Cas9基因編輯技術（genome editing）的出現，讓科學家可以更隨心所欲的編輯基因。基因編輯技術有多種應用可能性，對各種生物產業包含醫學、植物、畜牧、漁業的未來發展都有重大影響。有鑑於基因編輯技術的應用潛力，各國也紛紛制定相關法規。目前臺灣還沒有相關法規制定，因此本文將以植物作物為例，探討傳統育種到基因編輯的變化，討論各國法規的制定如何影響農業經濟發展，並探索未來臺灣法規制定的可能性與潛在影響。 從傳統育種到基因編輯，植物育種技術的演變 　　植物的各種性狀如顏色、產量等，主要由遺傳物質DNA所決定。細胞複製或產生後代的過程中，有一定機率會發生DNA的改變，稱之為突變（mutation）。絕大部分突變都不會有明顯的影響，只有極少部分的突變會造成明顯的性狀改變。傳統的育種方法是人們會選擇特定性狀的植物作為育種材料培育後代，最終可能會成為新的商業品種。舉例來說，如果想要培育出有藍色葉子的觀賞植物，傳統育種就是在自然界中找到因自然突變而有藍色葉片的植株，再反覆雜交培育出穩定且具有觀賞價值的藍葉植物。但是，要靠自然突變得到想要的藍色葉片植株機率實在太低，因此人們也會利用藥劑或放射線等方法增加DNA突變的量，一次處理可以在染色體上創造數百到數千個位置的突變，如果剛好有基因突變能讓葉片變成藍色就留下來育種，這種方法就稱為「誘變育種」。目前許多市面上的水果或觀賞花卉，都是利用誘變育種培育。 　　傳統育種和誘變育種都需要找到特定性狀的植株才有辦法育種，但如果植物本身不存在藍色葉片的突變株，那麼即使以誘變育種也沒有辦法得到藍葉植物。這時，就要借助「基因轉殖」（gene transformation）幫忙。基因轉殖是把外來的一段DNA轉殖到目標生物的染色體中，利用基因轉殖直接獲得目標性狀，而轉殖的成品就被稱為基因改造生物（genetically modified organism, GMO），但過去的技術沒辦法控制轉進去的基因該插在染色體的什麼位置。 　　而基因編輯技術則可以精準改變基因序列的特定位點，理論上不影響基因體的其他部分，且不含有外來DNA。 定點核酸酶技術（site-directed nuclease, SDN）類型的基因編輯，如鋅指核酸酶（zinc finger nucleases, ZFNs）、類轉錄活化因子核酸酶（transcription activator-like effector nucleases, TALENs）、CRISPR-Cas9技術，可以精準地在基因的特定部位做變動，創造出所需的特定突變基因，獲得SDN-1的植物〔註〕。基因編輯後育種所得到的SDN-1植物品系，與傳統育種的成果在遺傳物質上看起來是一樣的。也就是說，如果今天市面上有一顆新品系的藍葉植物，單從基因組成其實無法判斷它是由天然突變產生，還是透過基因編輯培育而成。 〔註〕定點核酸酶切割後依據 DNA 修復的方式，還可區分為SDN-1、SDN-2、SDN-3 等三類，SDN-1 的產物完全不含外源插入的 DNA；SDN-2、SDN-3 的基因編輯仍牽涉外來的遺傳物質模板。本文討論到被認定為非 GMO 的基因編輯植物，以 SDN-1 植物為主。 各國基因編輯相關法規與對農業的影響 　　目前各國對於基因編輯產品適用的法規細節都不太一樣，大部分國家如美國、英國、澳洲、巴西、阿根廷、 日本等國認定SDN-1植物不含外來DNA，基因體的突變情形與自然突變相似，因此不屬於GMO；其中部分國家規定只要在產品上市前提供一些必要的資訊即可；其他國家則要求基因編輯產品需要做個案評估。在前述提到的國家中，基因編輯植物皆不需要進行屬於GMO的評估審查。而歐盟（European Union, EU）與紐西蘭 則將SDN-1產品視為GMO，需要進行GMO相關的評估審查。不過，歐盟理事會（Council of the European Union）後來要求歐盟委員會提交新基因體技術的研究報告，特別是將基因編輯技術視為基因轉殖管理所造成的影響。2021年4月歐盟發布的研究報告指出，基因編輯作物的風險程度與傳統育種相似，使用不同的管理方法可能不合理，而且基因編輯產品對永續農業的發展具有相當的貢獻潛力。因此，歐盟委員會目前正在針對基因編輯植物擬定新的管理辦法。 圖一：植物育種方法與染色體 DNA 突變的關係。（作者提供） 　　法規的認定會如何影響基因編輯技術於植物育種的運用？由於基因編輯技術使用於植物育種的技術與成本門檻並不高，大部分中小型企業就有能力可以進行基因編輯作物的研發。但如果將基因編輯產品視為GMO，就代表產品上市前需要提供和GMO相同的安全性評估資料。過往GMO產品從研發到商業化，平均需400個月的時間以及1.15億美元的研究經費，其中有50％的時間跟38％的經費被用於評估資料的準備與審查。因此當基因編輯產品在法規上被認定屬於GMO時，即使產品研發 前期的技術與成本門檻較低，產品研發完成後仍需花上近200個月及5800萬美元的時間及成本進行GMO的資料跟審查，才能讓產品成功上市。這樣的審核對一般中小型企業而言是個沉重的負擔，這也是為何目前的GMO多半是跨國大企業的產品。 　　根據歐盟種子公司調查，在歐盟尚未決定基因編輯商品的規範時，有八成的歐盟傳統育種公司投入基因編輯技術的開發跟應用。但在2018年歐盟法院判定基因編輯植 物屬於GMO後，有三成公司放棄進行基因編輯育種研究。從阿根廷的案例更可以明顯看出，基因編輯作物是否被視為GMO，對於中小企業的研發意願影響很大。 　　在阿根廷國內的GMO申請案中，只有8％來自國內中小企業，跨國企業則占了90％。而阿根廷認定基因編輯植物不被視為GMO，因此有56％的基因編輯申請案由在地中小企業和公家單位提出，外國企業則僅占41％。顯示法規對基因編輯產品是否屬於GMO的認定，直接影響了國內企業開發產品的花費與時間，也會影響一個國家投入產業的研發能量，甚至可能影響未來農業產品的競爭力與外銷能力。 臺灣的農業優勢與對基因編輯作物的展望 　　臺灣地形高山與丘陵占比非常高，地小人稠且農地不集中，造成機械化困難、人工需求高，使生產成本比外國高，價格無法與國外大規模生產類型的農產品競爭。例 如臺灣有95％大豆來自進口，而全世界的大豆有74％是GMO。臺灣法規尚未開放大規模種植GMO作物，因而造成國內不能生產GMO大豆，卻又向國外進口GMO大 豆的現象。 　　雖然大規模生產農產品有許多限制，但在高價作物方 面，臺灣農業的育種與栽培技術都非常成熟，如需要精緻栽培的蝴蝶蘭、芒果、釋迦等作物皆世界知名，也是 臺灣重要的出口品項。基因編輯可以精準創造類似天然突變性狀的技術，能大幅度縮短育種時間、獲得目標性狀，有效率的改良高單價作物品質、提高競爭力。從世 界各國的專利布局也可以發現，過往GMO產品多半為糧食作物的專利，但目前世界各國的基因編輯專利已經開始大量應用在高單價作物。大部分國家規定SDN-1植 株不屬於GMO，因此可以進行大規模的研究、種植與商品化。如目前日本的GABA番茄或美國的抗褐化蘑菇等高機能性或耐儲運基因編輯產品皆已經上市，相信在 不久後的未來，國際高單價農產品的市場上將會出現很多強勢的基因編輯商品，有可能會對臺灣目前的出口品項造成衝擊。 　　臺灣因為特殊的原因無法加入各種國際關係貿易協定， 農產品外銷狀況受關稅談判結果影響。目前世界上大部分國家規定SDN-1植物不需進行GMO相關審查，臺灣 相關法規狀況也將成為與各國進行國際關係貿易談判的重要影響因子。 　　臺灣目前尚未正式制定基因編輯相關法規，在此建議除了站在科學的基礎上，更需考量國情需求，將國內產業 發展、未來國際競爭力，以及未來國際貿易規畫列入考 慮，才能制定適用而有前瞻性的法規（圖二）。 圖二：基因編輯法規對臺灣農業研發與產業的影響。（作者提供） 新聞來源 朱文深等（2019年7月5日）。國內外基因體工程相關法規掃描與探討。農業科技決策資訊平台。https://reurl.cc/KXv77g AgbioInvestor. (2022 April). Time and Cost to Develop a New GM Trait (A Study on Behalf of Crop Life International). AgbioInvestor. https:// reurl.cc/qZ37yp Buchholzer, M., & Frommer, W. B. (2022). An increasing number of countries regulate genome editing in crops. New Phytologist.

應用基因學與CRISPR基因編輯技術來探究為何有些鮭魚具有抗藥性，而有些鮭魚則易感染傳染性胰腺壞死病毒 (IPNV)。這些研究發現將不僅能準確地選擇魚種育種，更能有效地利用分子標記輔助選擇的方法來控制於養殖鮭魚場中發生的IPNV。 　　早期的研究是將基因編輯技術應用於養殖魚類抗病性的研究上，以顯示該技術在提高其他鮭魚品種或虹鱒等類似物種的抗病性方面的潛在應用。研究人員使用之前的研究數據、樣本及基因定序以定位之前與 IPNV 抗性相關的 DNA 區域，後來發現了一種稱為 Nedd8 活化酶 E1 (Nae1) 的基因。隨後研究人員使用基因編輯技術將Nae1 基因從鮭魚細胞中去除，以及在另一實驗中使用化學方法抑制 Nae1 酶在鮭魚細胞中發揮作用。藉由這兩種方式，限制細胞中Nae1 的功能以降低病毒於細胞中的複製能力。 　　已知 Nae1 基因參與與其他物種（包括人類）中病毒複製相關的生物過程，顯示出類似的生物途徑可能是鮭魚 IPNV 感染的原因。由蘇格蘭的羅斯林研究所、Hendrix Genetics公司、斯特靈大學、環境、漁業與水產養殖科學中心和瑞典烏普薩拉大學組成的研究團隊，正在評估暴露於該病毒的鮭魚之抗病能力的影響。相關論文被發表在 Genomics 期刊上，並得到了英國研究創新局的生物技術和生物研究委員會以及 Hendrix Genetics 的支持。 　　Hendrix Genetics 首席創新和技術長 Johan van Arendonk表示，我們可透過遺傳學、基因編輯和分子標記輔助選擇等遺傳技術以應對全球糧食挑戰。這一獨特的發現，讓我們離這一挑戰又近了一步，亦為永續動物育種設定了新標準。【延伸閱讀】應用基因編輯技術轉型農業科技

農業生物技術的主要重點之一是以永續性的方式來解決世界飢餓之議題。當前許多耕種方式效率低下，乃源自耕種方式需要大量的水，肥料和殺蟲劑。農業生物技術正嘗試從種子開始解決這些問題。 　　Inari是一家專門從事種子編輯技術的公司，該公司利用基因編輯之方式來改變其糧食生產方式，從而提高糧食生產的永續性， Inari聲稱已從各方籌集了2.08億美元，預估可達到12億美元的估值。 永續糧食生產 　　Inari的SEEDesign平台主要致力於基因編輯之種子，且基因編輯過之種子可改變農作物的栽種方式。希冀藉由少量之水資源及肥料使用之方式來促進糧食生產之永續性。同時，亦能提高農作物之產量，以滿足日益增長的食物需求。 　　Inari希望基因編輯過之農作物只需要少量的水、肥料及土地即可種植，藉此增加糧食產量，同時減少其農業足跡。由於大豆和玉米是常見的食物來源和農作物，該公司以大豆和玉米作為首批作物，並種植在南北美洲之3億英畝大之土地上。 　　透過Inari的SEEDesign平台可提高可將大豆和玉米的產量提高20％，同時將用水量減少40％，並將玉米的氮需求減少40％。 使用CRISPR編輯種子的基因 　　基因改造生物是一個有爭議的話題，因為涉及的範圍從食品標籤至政府法規。基因改造農作物可包含除去不要的基因或修飾基因，例如減少對農藥的需求。或者以細菌為載體，人為地將基因插入農作物中以修飾其作物之基因。 　　將外部基因導入農作物是主要的爭議之一。但是，Inari並未將外部基因導入其農作物。相反，該公司通過基因編輯來改變植物中已經存在的基因。 　　Inari使用CRISPR技術來快速編輯基因，並將其應用於農作物研究。 CRISPR技術使該公司能夠改變植物中的基因序列並培育出更好的種子。 　　Inari的SEEDesign平台使用預測設計和人工智慧（AI）來了解植物的遺傳學，並為其基因編輯工具製作藍圖，該工具可以在單個基因組中進行多次編輯。基因編輯可以使農作物種子具有更高的產量和更低的農業足跡。 　　最終，目標是藉由農業生物技術來改善農業行業，並使其更具可持續性。此外，為了在不破壞地球的情況下並解決全球飢餓之議題，您需要更好的農作物，首先要有更好的種子。【延伸閱讀】專家們表示：新興植物育種技術將能解決未來糧食安全問題

國內外基因體工程相關法規掃描與探討 食品工業發展研究所　朱文深主任　林奐妤研究員 農業科技研究院產業發展中心　洪子淵研究員　陳南宏副研究員 　　科學家於1973年首次成功發展重組DNA技術且應用廣泛，基因工程與基因定序技術的迅速發展，許多突破性的創新研發成果亦陸續孕育而出，尤其以基因編輯之CRISPR/Cas9技術為本世紀以來生物技術領域最重大的創新突破技術，各國紛紛開始討論透過基因編輯技術所生產之動植物是否屬於基因改造生物之規範與定義範疇，其中，美國以既有的規範體制管理基因體工程科技，歐盟則是另立專法管理。 　　以下將探討各國基因改造作物管理制度，深入剖析各國對基因編輯技術管理現況，最後更分析基因改造產品開發趨勢並探討產品個案，期望從法規管理面向深入淺出的了解國內外基因體工程產品之發展。 一、各國對基因改造作物之定義與管理方式 　　各國對基因工程研究與相關產品亦產生出不同的風險管理模式（表1），大致區分成兩種概念：以最終產品為基礎之管理模式（product-based regulation），以技術為基礎之管理模式（process-based regulation）。 表1. 各國對於基因改造定義之分類 基因改造之定義 國家 以產品為基礎 美國、阿根廷、加拿大、烏拉圭、菲律賓、墨西哥、哥倫比亞、蘇丹、宏都拉斯、哥斯大黎加、孟加拉、日本、韓國、俄羅斯 以技術為基礎 巴西、印度、中國大陸、巴基斯坦、南非、玻利維加、澳大利亞、西班牙、葡萄牙、捷克、斯洛伐克、羅馬尼亞、歐盟、英國、紐西蘭、臺灣 不確定 巴拉圭、緬甸、智利、越南 　　(一)最終產品為基礎之管理模式 　　美國認為無論是基因改造或非基因改造作物，兩者之間並無本質上的差別，監控管理之對象應是技術產品而非生物技術本身。美國並沒有為基因改造生物單獨制定法規，是在現有的法規基礎上增加了重組DNA技術的內容說明，同時在技術產品的查核管理上亦是採用「無罪推定」的策略，若不能提出充分的科學證據，證明基因改造產品是不安全的，就可假設此產品是安全的，沒有必要對相關研究與商業化採取過多的限制。 　　(二)技術為基礎之管理模式 　　歐盟對食品安全與環境問題非常重視，對農業基因改造生物之管理採取比較嚴格的方式，認為不論是何種基因或生物，只要是透過重組DNA技術所獲得的基因改造生物就具有潛在危險性，全都需要接受安全評估及監控管理，同時建立相對應之管理條例及指導文件，以及多個與生物技術有關之標準。歐盟這類型的管理模式也影響了部分基因改造產業的發展，所以同隸屬於歐盟的各個國家中，在管理或法律方面仍存有部分的分歧意見，尚有部分國家並非完全按照歐盟有關基因改造產品管理體系來運行與研擬制定相關規範。 　　我國管理態度傾向於採取較為折衷模式，由科技部在研究階段擬訂規範守則，管理實驗室基因改造生物的安全；基因改造動植物之田間試驗部分，則是由農業委員會進行把關及審核作業，針對風險安全評估試驗係在隔離環境中進行及審慎評估，以確保基因改造動植物對原生生物體及環境等方面是安全無虞的；食品上市販售與標示方面則是由衛生福利部進行管理與審核，由於國內尚未核可任何基因改造生物之種植或養殖，故目前均以進口原料之登記許可、抽查檢驗與標示管理等為主，進行產品在安全審核與抽查之把關作業，以避免標示不清或參雜不明含基因改造之原料流入市場，確保民眾在食品衛生安全方面之選擇權力。 二、各國對基因改造研發與安全評估規範 　　據國際農業生物技術應用服務組織（International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications, ISAAA）統計，2017年全球有1.898億公頃的土地用於種植基因改造作物，總面積比1996年時增加超過111倍（圖1）。前五個種植基因改造作物最多的國家包含：美國7,500萬公頃，巴西5,020萬公頃，阿根廷2,360萬公頃，加拿大1,310萬公頃及印度1,140萬公頃。此五個國家種植面積佔全球基因改造作物種植區域的91%。 圖1. 1996~2017年間生物技術/基因改造生物的種植面積 　　統計全球2017年種植最多的四種基因改造作物，以大豆9,410萬公頃最多，玉米5,970萬公頃次之，另棉花2,410萬公頃及油菜1,020萬公頃則分居第三及第四名。儘管基因改造作物的爭議不斷，但基因改造作物具備多重效益及優勢，有多達30個國家及1,800萬農民受益，因此越來越多的基因改造食品在市面上市。為了保障民眾食的安全，各國對於所有基因改造食品上市前，均設有嚴格的安全評估及規範（表2）。 表2.  各國對生物技術（含基因改造）研發與安全評估規範 國家 管理機構/律法 規範制定 歐盟 歐洲食品安全局（EFSA） 歐盟制定嚴格的法律以管理基因改造生物，以及用基因改造生物製造的食品、飼料及添加物。依據「第1829/2003號規章」與「第1830/2003 號規章」規定，基因改造生物及用基因改造生物製造的食品或飼料須通過嚴格的環境及安全評估後，即可銷往歐盟。 美國 農業部（USDA）動植物衛生檢驗局（APHIS）、食品藥物管理局（FDA）、環境保護局（EPA） 美國於1986年發布「生物技術管理整合架構」（Coordinated Framework for Regulation of Biotechnology），由三個主要機構訂定相關規範管理基因改造生物。農業部動植物衛生檢驗局依據「植物保護法」管理基因改造植物的種植、進口或運輸。環境保護局依據「聯邦殺蟲劑、殺菌劑及滅鼠劑法」管理含有抗蟲基因之基因改造作物，在上市前尚須經核准。食品藥物管理局依據「聯邦食品、藥品和化妝品法」管理基因改造食品及標示。 臺灣 科技部（MOST）、農業委員會（COA）及衛生福利部食品藥物管理署（FDA） 未開放種植基因改造作物。進口的基因改造食品或飼料在上市前，須進行生物安全評估，並經主管機關查驗登記核發給許可證後，始准其製造、加工、調配、改裝、輸入或輸出。 中國 農業部 設立國家農業轉基因生物安全委員會，負責評估基因改造生物安全證書申請的相關法規。進口基因改造生物材料，均需向農業部申請並獲得轉基因生物安全證書。 日本 農林水產省（MAFF）、厚生勞動省（MHLW）、文部科學省（MEXT）、經濟產業省（METI）、環境省（MOE） 頒布「卡塔赫納法Cartagena Act」，規範基因改造活體使用的類型與限制。農林水產省規範設施內的作物與動物改良與動物疫苗開發；厚生勞動省規範基因治療的病毒與人用醫藥品；文部科學省規範研究單位的基因重組實驗；經濟產業省規範生產過程中的項目；環境省進行環境風險之影響評估，以確保不影響環境生物多樣性。 韓國 食品藥物安全部（MFDS） 基因改造食品則須依據「食品衛生法」進行安全評估與銷售標示要求，進而有效執行基因改造食品在食品、醫藥、農業等不同領域之使用，以及進行產品釋放到環境之安全評估等技術措施。 加拿大 環境部（EC）、衛生部（HC）、食品檢驗局（CHIA） 基因改造種子與飼料之生產及進口皆須經環境部核准後方可進行販售；基因改造食品或藥品受衛生部與食品檢驗局共同進行上市前評估與審核；基因改造作物與種子的開發與種植經由食品檢驗局監督，並在試驗前提供相關的作業訊息，以進行釋放到環境與人體之風險評估。 澳洲 基因技術管理辦公室（OGTR） 依據聯邦法案「基因技術法2000」、「基因技術條例 2001」管理基因技術與基因改造生物，以保護人體健康及環境安全。 巴西 生物安全技術委員會（CTNBio）、生物安全理事會（CNBS） 基因改造產品必須通過生物安全技術委員會審核，確認符合生物安全標準才可正式販售。 墨西哥 基因改造生物安全法（Biosecurity of Genetically Modified Organisms） 管理基因改造生物的發表、商業化與進出口。預防生物技術/基因改造對人類健康及環境、生物多樣性造成的風險。 南非 基因改造生物法（Genetically Modified Organisms Act） 執行基因改造生物之研究、生產及營銷等相關規定，與基因改造生物接觸之相關研究實驗設備與田間隔離設施。 　　我國基因改造科技管理模式從上游的科技研發、中游的田間試驗至下游的產品上市是由科技部、農業委員會、環境保護署、衛生福利部等部會依其權責加以管理（表3）。 表3. 我國基因改造科技管理規範 階段 主管機關 管理範圍 相關法規 基礎研發 科技部 研究計畫 1. 基因重組實驗守則 田間試驗 農業委員會 植物 1. 植物品種及種苗法 2. 基因轉殖植物田間試驗管理辦法 動物 1. 畜牧法 2. 基因轉殖種畜禽田間試驗及生物安全評估管理辦法 水產動植物 1. 漁業法 2. 基因轉殖水產動植物田間試驗管理規則 微生物製劑 1. 環境用藥管理法 2. 遺傳工程環境用藥微生物製劑開發試驗研究管理辦法 產品上市 衛生福利部-食品藥物管理署 食品 1. 食品安全衛生管理法 2. 基因改造食品安全性評估方法 標示 1. 食品安全衛生管理法 2. 包裝食品含基因改造食品原料標示應遵行事項 3. 食品添加物含基因改造食品原料標示應遵行事項 4. 散裝食品含基因改造食品原料標示應遵行事項 農業委員會 飼料 1. 飼料管理法 2. 基因改造飼料或飼料添加物許可查驗辦法 三、各國對基因編輯技術之規範及管理措施 　　近年來基因工程與基因定序技術的迅速發展，合成生物學（synthetic biology）及基因編輯（genome editing）遂為焦點討論議題。這些技術最早設定以較高產值的生醫領域為目標，期望透過DNA組成修正，用於治療先天代謝性或癌症疾病患者。隨著農業科技議題的顯現，以及新興植物育種技術的發展，基因編輯技術逐漸應用於農業領域中，各國亦開始討論透過基因編輯技術所生產之動植物，是否屬於基因改造生物之規範與定義範疇（表4）。 表4.  各國對基因編輯技術之規範及管理措施 國家 管理機構/律法 規範制定 美國 農業部（USDA）動植物衛生檢驗局（APHIS）、食品藥物管理局（FDA） 產品對植物不具危害性，對於雜草不具毒性，皆不受美國農業部管制，但需受到食品藥物管理局及環境保護局的管制。食品藥物管理局已完成公眾意見徵詢，但尚未公布如何管理。 阿根廷 農業生態安全諮詢委員會（Office for Biotechnology, CONABIA）、生物安全委員會（Argentinean Biosafety Commission） 界定新興植物育種技術產物是否為基因改造生物的諮詢流程。研發者須提供有關育種及篩選作物的過程、導入新特性的技術及方法、最終產物中存在的遺傳變化的證據，以及開發過程中可能短暫使用的轉殖基因等資訊。 加拿大 衛生部（HC）、食品檢驗局（CFIA） CRISPR/CAS9技術所衍生的基因編輯產物或其他新技術衍生之產物認定屬於新穎性的產物依照「新穎性食品法」管理。 歐盟 歐洲食品安全局（EFSA） 歐盟法院判決，基因編輯技術並沒有長久的安全使用紀錄，因此基因編輯技術產物屬於基因改造生物的管理範圍，須評估其對人類健康及對環境可能帶來的風險，亦須確認其可追溯性，且產品也須標示，並進行上市後監控。 紐澳 澳洲基因技術管理辦公室（OGTR） 目前正在修訂「基因技術條例」，將SDN-1基因編輯技術修飾的生物排除在基因改造生物監管之外。 日本 厚生勞動省（MHLW） 提出不含有外來DNA之基因編輯產品不被視為基因改造生物，若有外來嵌入基因之生物則視為基因改造生物。 中國 尚未制定相關管理規範 2016年制定的國家五年計畫中，新一代的基因編輯技術也被列為發展重點。 四、基因體工程技術管理發展進程及未來展望 　　自1973年科學家首次成功發展重組DNA技術後，各國政府對於基因工程的重視程度日益提升。1976年美國國家衛生研究院（National Institute of Health, NIH）成立了重組DNA顧問委員會，美國農業部、環境保護局及食品藥品管理局等政府主管機構，從各方面嚴格監管所有重組DNA研究；1991年經濟合作暨發展組織、世界衛生組織及聯合國糧農組織共同合作制定基因改造生物食品安全評估原則，提出「生物技術衍生食品之安全評估策略」報告；聯合國制定之「卡塔赫納生物安全協議書」，管理基因改造生物之轉移、處理及使用，使生物科技所能帶來之利益最大化，同時將環境及人類健康所可能面臨的負面影響減至最小（CBD, 2003），目前已有157個國家是「議定書」的成員，許多國家將此協議書作為各個國家基因改造生物管理規範的參考準則。 　　基因改造作物已上市二十年，經過數十個國家評估基因改造作物作為食品及飼料之安全性，基因改造生物至今仍然存有爭議，民眾對其安全性仍有疑慮。近年來研發商為減少產品上市前安全性評估之龐大花費，轉而開發基因編輯技術衍生產物，希望這類新科技不僅可加速新品種開發時程，亦可豁免於基因改造規範的管理，降低產品開發成本。近年來，基因編輯技術蓬勃發展，各國主管機關著手修正管理規範，但畢竟研發在前，管理制度在後，在空窗期尚無法律可依循。目前大多數國家對於基因編輯衍生產物的管理規範卻仍不清楚，各個主管機關在面臨制定新技術之管理規範時，不僅要考量是否與原本的法律有所牴觸，更要考量新技術衍生產物所引起之生物安全風險，對企業發展、社會經濟等之影響，以確保管理規範不會扼殺新技術的發展與創新。 　　美國國家科學、工程及醫學學院籌組基因工程作物委員會，審閱過去20年共900多篇基因改造作物之文獻報導， 2016年公布報告「基因工程作物：經驗與展望（Genetically engineered crops: experiences and prospects）」，報告指出基因改造作物與傳統作物對人體健康及生態環境的影響並無差異，至目前為止尚未發現基因改造作物會對環境造成不利的影響，但建議政府應持續監控管理，另提出未來應以體學技術評估基因改造作物之安全性，並建議政府的審查應更加透明且納入公眾意見，才可贏得公眾之信任。 伍、綜論 　　生物技術的進步帶來更多創新的新興育種產物，目前已有許多未含有外源基因的基因編輯產物即將上市，此不僅讓各國主管機關面臨挑戰，也與現有的基因改造生物管理法規密切相關，各國主管機關需要即時地檢視目前的管理規範，針對管理範圍做必要的調整。目前為止，僅少數國家提出明確的基因編輯產物管理規範，加拿大很明確地以新穎性作物管理，歐盟以基因造生物管理，美國農業部及阿根廷採送件諮詢方式以確認是否管制，大多數國家包含美國的食品藥物管理局、紐澳、日本、韓國、中國及我國都尚未有明確的管理規範。 　　基因編輯技術的應用，不僅是學研界積極研究發展以維持我國生物科技立足於國際領先地位之契機，更是產業界突破基因改造生物框架，開創新興生物產業的關鍵，過度嚴格的管理將會扼殺創新生物技術的發展及實現基因編輯技術的潛力。創新的技術需伴隨著有效管理、法規制定及實質應用，才能最大化帶動我國生物科技產業創新與轉型發展。 【參考文獻】 Canadian Food Inspection Agency, CFIA. 2018. Plants with novel traits. http://www.inspection.gc.ca/plants/plants-with-novel-traits/eng/1300137887237/1300137939635 Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications, ISAAA. 2017. http://www.isaaa.org/ T. and Araki, M. 2017. A future scenario of the global regulatory landscape regarding genome-edited crops, GM Crops & Food, 8:1, 44-56, DOI: 10.1080/21645698.2016.1261787 Gene Technology Scheme, NGTS. 2018. The Third Review of the Gene Technology Scheme - Preliminary Report. P., Wang, J., Shen, X., Rey, J.F., Yuana, Q. and Yand, Y. 2017. Fundamental CRISPR-Cas9 tools and current applications in microbial systems. Synthetic and Systems Biotechnology. 2: 219-225. E. 2018. With a free pass, CRISPR-edited plants reach market in record time. Nature Biotech. 36:1.

聯合國世界衛生組織(World Health Organization，簡稱WHO)為因應新興基因編輯(genome editing)技術在人類應用上造成的倫理道德、醫療行為及社會法律等諸多議題，遂於去年底成立全球跨領域專家工作小組(global multi-disciplinary expert panel)。透過專家學者們重新審視其中的問題，並擬定全球遵循之規範標準，將相關建議定期提供給WHO參考。最近，跨領域專家工作小組已針對人體基因編輯的研究行為進行探討，於3月18-19日召開首屆諮詢會議，在為時兩天的跨領域專家討論中，專家委員們審視了近期人體基因編輯研究行為，其中也回顧發生在中國的基因編輯嬰兒事件。 　　針對涉及醫療行為及倫理道德的部分，專家委員們認為以基因編輯進行的人體醫療行為在現階段是不負責任的作法。專家委員們認為應在人體基因編輯研究期間，將研究內容透明公開。另外專家委員們進一步提出，應由WHO設立全球統一監管的單位，釐清基因編輯目前在科學方面的進展，並確保現階段的科學技術符合現階段的科學及道德標準。該想法是從事人體基因編輯研究前，應先進行登記作業(registry)，確保研究過程在公開透明的情況下進行監督。【延伸閱讀】英國國家農民聯盟認為未來新育種技術之作物將具有極大的潛在效益 　　在未來，跨領域專家工作小組將廣邀從事人體基因編輯研究的個人或研究團隊進行討論，相互交流時下科研現況及各政府規範，以確保研究過程中符合相關科學及道德規範。未來也會發展技術規範準則及適合的工具，降低基因編輯對人們可能造成的危害。在未來的兩年內，跨領域專家工作小組會透過一系列的會議匯集各界意見，最終提出可擴充、永續應用在各級層面的全面性治理架構(governance framework)。最後，跨領域專家工作小組也會匯集包含技術專利、社會科學、倫理學、社會科學等領域在內的意見。 　　WHO試圖透過建立公開透明的登記作業制度，分享各國現階段人體基因編輯的研究成果，並進行有效的管理作業。目前這項制度仍由WHO進行意見蒐集與規劃中。

著名的英國經濟學家馬爾薩斯(Malthus)在其著作<人口論>中推測：人口將成指數增長，而糧食將成線性增長；在這樣的模型下，馬爾薩斯預期未來多數人將會因糧食短缺問題，爆發糧食安全危機，此現象稱為馬爾薩斯災難(Malthusian catastrophe)。然而，隨著工業革命帶來的科學發展及技術革新下，藉由科技的進展，逐漸改變了糧食生產方式與生產量，最終避免了大規模的馬爾薩斯災難。由此可見，科技進步的同時也一並提升農糧產值，使多數人們免於飢餓之苦，這偉大成就的背後不乏遺傳育種及基因改良(genetically modified)技術的結合。 　　科學家們利用轉基因技術，將抗性基因由其他物種轉殖(transfer)到目標作物的基因組中，使標作物具備抗旱、抗寒或抗病蟲害等性狀。然而，這項技術有可能污染物種基因庫或外來基因可能由農業環境逸散至野外環境方面的風險，因此各國在上市前都會謹慎評估，並以法律規範之。為消除轉基因技術在食品及環境方面的疑慮，科學家轉而針對以CRISPR/Cas9進行的基因編輯(genome editing)技術進行探討。 　　有別於傳統基改生物(genetically modified organisms，簡稱GMOs)以基因轉殖的方式在生物的基因組中加入外來基因，基因編輯是利用CRISPR/Cas9的定位技術，利用改良的Cas9蛋白找到基因組上的目標DNA序列並與之結合，利用鹼基的插入-刪除(insertion-deletion)造成的突變，藉此靜默目標基因的功能。由於多數的基因編輯不涉及轉基因的過程，因此基因編輯作物(genome-edited crops)在某種程度上有別於基改作物。【延伸閱讀】植物如何區分有益微生物和有害微生物 　　雖然美國及日本的有關單位均認為基因編輯作物不應被視為基改作物，僅需依一般食品安全的審核標準規範即可；然而歐洲法院卻以較嚴格的標準認定基因編輯作物應比照基改作物的審核標準。比利時列日大學(University of Liège)及德國哥廷根大學(University of Goettingen)的研究團隊均認為，這樣的判決恐影響基因編輯作物在未來的應用與發展，無助於解決糧食安全問題。專家們呼籲，基因編輯作物的研究不應重蹈基改作物發展的覆轍，被嚴格的規範所限制，而是應該以謹慎的管理方式，開啟基因編輯的研究以解決未來可能發生的糧食安全問題。 　　相關評論已發表在<Science>。

新興基因編輯(genome editing，或稱gene editing)技術的雛型最早源自於細菌對抗病毒感染的免疫機制。基因編輯技術可在辨識特定的基因片段達到精準定位後，再對定位區域的DNA進行片段的剪切或改造。由於基因編輯是一套較新的分子生物技術，因此各國皆針對基因編輯食品的安全性評估及是否為基改食品的認定標準進行討論，其中，美國與歐盟對基因編輯作物、食品或商品的立場有所不同。 　　一方面，美國農業部(U.S. Department of Agriculture)認為基因編輯的食品不必經法律規範；另一方面，歐盟則已由歐洲法院在去年7月裁定，凡產品製造過程涉及任何形式的遺傳方式改良，包含基因編輯技術在內，皆視為基改食品，一律受基改相關規範。日本厚生勞動省藥事食品、衛生審議會(厚生労働省薬事・食品衛生審議会)近日也針對新興基因編輯技術在食品應用方面提出建議報告，認為基因編輯食品可以現行食品衛生安全法規進行規範，在標示食品開發者提供之基因編輯技術、修改基因資訊及及其他細節後即可上市，毋須如基改食品上市前的評估審查與標示檢驗合格標章。 　　日本厚生勞動省藥事、食品衛生審議會的專家們認為，傳統基改常使用的方式是轉入(transfer)外來物種的遺傳片段到目標物種的染色體上，過程涉及外來遺傳物質轉移，屬基因轉殖(transgenic，又稱轉基因)的範疇；而基因編輯可利用像是CRISPR/Cas9基因編輯系統，精準地將目標基因靜默(gene silencing)或令部分DNA鹼基對發生突變。該觀點與美國農業部的看法類似，認為過程中僅藉由基因編輯技術隨機造成DNA鹼基的插入-刪除突變(insertion-deletion mutation)，而非傳統基因轉殖加入外來物種遺傳片段的做法。換言之，在此觀點下的基因編輯技術僅被當作增加突變率及提高遺傳變異的手段，此方法可縮短人們選拔目標性狀的時間及過程。然而，藥事、食品衛生審議會的建議報告中也提到，若基因編輯相關技術細節不夠詳細，則得進一步探討安全評估事宜。【延伸閱讀】正確食品標示的基改鮭魚產品可望正式在美國販售 　　雖然代表日本政府的專家們已為基因編輯的食品安全背書，但消費團體仍不樂見基改食品上市，並希望產品上市前應先進行安全檢驗並清楚標明基改內容。面對排山倒海的意見，日本政府會在匯集專家建議、擬定指導策略的同時，持續地跟廣大農民及消費群眾溝通，在專家建議與民眾意見間取得普遍都能接受的共識。

新興基因編輯(gene editing)技術被譽為是現代生物科學上最大的突破。藉由基因編輯技術，科學家可精確地針對基因組上特定位置進行修改，將原本的遺傳訊息進行置換或剪切。該技術可應用在生物、醫學甚至是農業領域，幫助人們解決疾病、作物產量等問題。以CRISPR/Cas9發展的基因編輯技術最初源於細菌的免疫機制，科學家透過改造Cas9蛋白的功能，達到精準標定與編輯的目的。過去科學家利用改造後的單股RNA片段(稱作引導RNA (guide RNA, gRNA))與Cas9蛋白形成的複合體，對目標DNA序列進行定位，Cas9-gRNA複合體根據gRNA與目標DNA精確的結合，便可精準地作用在被定位的DNA位置。根據CRISPR/Cas9的定位機制，科學家可利用失去DNA內切酶功能的dCas9 (nuclease-null Cas9，或稱dead Cas9)與目標DNA交互作用的特性，透過抑制或促進目標基因上游轉錄因子，研究目標基因調控的詳細機轉過程。 　　德拉瓦大學(University of Delaware)的研究團隊在gRNA的基礎上進行改造，將原始gRNA中設計的目標片段辨識區(Spacer)變成髮夾構型(hairpin-like structure)，只有在gRNA片段中的toehold區域與其他外來短片段結合的情況下，才能解除髮夾構型，這時gRNA的Spacer才能識別目標DNA序列，並與目標DNA結合，當gRNA成功與目標DNA結合，便可啟動dCas9的酵素功能，達到dCas9調控目標DNA序列的目的。【延伸閱讀】製作人羊嵌合體之突破 　　德拉瓦大學研究團隊所改造的gRNA稱作toehold-gated gRNA (thgRNA)，其調控機制已在大腸桿菌的模式中受到證實。該項由美國國家科學基金會資助(National Science Foundation)的研究可望應用在未來基因表現調控上，使人們精準控制基因表現的強弱。相關研究已發表在<Nature Chemical Biology>。

傳染性胃腸炎(Transmissible gastroenteritis)是高度傳染性的豬腸道病毒性疾病，由傳染性胃腸炎病毒(Transmissible gastroenteritis virus, TGEV)感染，主要病徵為嘔吐及下痢，造成嚴重脫水與腸細胞壞死，且2週齡以下的仔豬死亡率接近100%。由於TGEV屬於豬隻冠狀病毒的一種，新的冠狀病毒疾病的爆發是美國養豬業最關心的問題之一，需要透過科學技術找出解決良方。 　　過去的文獻指出，豬隻身上的ANPEP酶(amino peptidase N)會作為病毒感染時的受體，因此英國種畜公司Genus plc與美國密蘇里大學(University of Missouri)合作，通過CRISPR/Cas9基因編輯改造了負責製造ANPEP酶的基因，成功培育出對TGEV具有遺傳抗性的豬。【延伸閱讀】新興基因編輯技術使豬隻免於藍耳病之苦 　　此研究還嘗試確認編輯ANPEP是否會對豬流行性腹瀉病毒(Porcine epidemic diarrhea virus, PEDV)產生抗性，PEDV在2013年爆發時造成近700萬頭豬死亡。雖然缺乏ANPEP酶的豬仍會感染PEDV，但未來的研究或許可找出抵抗此種病毒的方式。 　　2015年時該團隊就以基因編輯培育出對豬呼吸與繁殖症候群(Pig Reprodutive and Respiratory Syndrome, PRRS)病毒產生抗性的豬隻，目標將這種生產抗病毒豬的方法商業化，改善動物健康和福祉，並減少畜牧業生產損失。目前Genus plc目前正在尋求FDA(美國食品藥品監督管理局)批准使用基因編輯技術根除PRRS病毒的威脅。

豬繁殖和呼吸障礙綜合症(porcine reproductive and respiratory syndrome, PRRS)俗稱藍耳病(blue-ear disease)，是由藍耳病毒(porcine reproductive and respiratory syndrome virus, PRRSV)感染豬的巨噬細胞(macrophage)所引起的病症。豬隻體內局部的巨噬細胞會先受到感染，爾後再慢慢擴散至鄰近的淋巴腺，最後擴及肺部組織，造成呼吸道感染，母豬會因此患有嚴重的繁殖障礙，新生的豬仔若因染上此病，則會得到嚴重的肺炎。由於患病的豬隻通常伴隨著耳朵呈現藍色的病徵，因此俗稱藍耳病。藍耳病在美國及歐洲每年造成的經濟損失高達二十五億美元，創下單一病毒造成經濟動物最大損失的紀錄，若能使豬隻免於感染，將大幅的減少經濟損失。 　　藍耳病毒感染豬巨噬細胞是非常專一的過程，藍耳病毒感染巨噬細胞的過程中會透過受體媒介形式之胞吞作用(receptor-mediated endocytosis)，被細胞膜上特定的受器蛋白CD163成功辨識後將藍耳病毒攝入胞內，病毒在胞內啟動複製程序並影響宿主細胞的代謝，導致宿主細胞的凋亡，複製成功後便透過同樣的方法感染下一個巨噬細胞，完成藍耳病毒的生活史。由此可知：藍耳病毒若無法專一辨識膜上受器蛋白CD163，將無法成功的感染宿主細胞。 　　英國愛丁堡大學羅斯林研究所(University of Edinburgh's Roslin Institute)的研究團隊利用有別於傳統將外來物種的基因轉殖到目標物種的基因改造(genetically modified)技術，以CRISPR/Cas9新興的基因編輯(gene editing)技術，將目標物種的基因CD163進行編輯，在不影響受器蛋白的主要功能下，研究團隊僅編輯一小段與藍耳病毒辨識有關的CD163序列，這樣的做法使研究的豬隻全數免於藍耳病之苦。雖然這技術被認為有別於基改技術且十分有效，但由於目前歐盟嚴格禁止基改農畜產品進入消費市場，因此應用這項技術進行編輯的豬肉是否有違法之虞，恐成為未來討論的重點。另外，基因編輯技術的農畜產品能否安全地被人們所食用，還有待後續實驗做進一步釐清。【延伸閱讀】中國利用基因編輯技術開發亨丁頓舞蹈症豬模型 　　本研究由英國生物科技及生命科學委員會動物衛生研究協會(BBSRC Animal Health Research Club)資助下完成研究，發表於知名病毒學期刊<Journal of Virology>。

植物育種技術之演進 談新興基因編輯技術CRISPR/Cas9 於農業之應用 孟孟孝 教授 國立中興大學  生物科技學研究所   　　對農糧作物進行育種和對禽畜進行馴養一直是人類文明演進過程中的重頭大戲。數千年來老祖宗們所採用的作物育種方法依賴的是植物的自發性突變，從自然界中挑選出具有特殊表徵的變異植株，再透過反覆的雜交與回交，篩選出具有特定農園藝性狀的作物。而產量高、風味佳、抗病強、或栽種易等都是向來受到青睞的性狀特徵。這種延續千年的手法我們一般稱呼為傳統育種法(Conventional breeding）。雖然這種方法的效率極低，但是如果把時間維度放大到百年、千年，那還是可以產生可觀的效果。例如原生種的玉米和哥倫布發現美洲時的玉米在外觀上已經有了令人瞠目結舌的差異。 　　在約莫一百年前育種的方法有了新的工具。隨著科技的進展，育種專家開始採用游離輻射（例如：γ射線、X射線）或是化學誘變劑(例如甲基磺酸乙酯、硫酸二甲酯）對作物種子進行遺傳物質的逢機突變。這套方法可以得到大量的作物變異體，作為與栽培種雜交的樣本，使得育種專家不再只能靠著罕見的自然變異植株進行育種工作。這種方法一般稱呼為突變育種法(Mutation breeding）。許多現行栽種的農園藝作物就是靠著這種方法得到農園藝性狀的提升或改變。透過突變育種法所得到的農糧作物對人體健康而言，基本上是安全的，但也可能產生小插曲，對少部分的人有礙。由於喜愛麵包的彈性口感，在過去的一個世紀間，主要的小麥栽培種(Bread wheat）的麥麩含量不斷增加。而麥麩中的麥膠蛋白質(Gliadin)在經過胃蛋白酶的切解後會產生出過敏性胜肽，引發部分攝食人口的腸道免疫反應，造成乳糜瀉疾病(Celiac disease）這樣的人口比例在西方人口中約占一個百分點，這也是近年來流行無麩質食品的主要原因。 　　動植物育種的方法在西元1970後再一次獲得了犀利的工具。藉由分子生物學的進展和基因工程技術的開發，這一次育種專家可以依照主觀的意願在不同的物種之間進行基因轉移工作。以農園藝作物為例，具有基因工程執行能力的專家可以藉由農桿菌(Agrobacterium tumefaciens ）對植物組織的感染能力、或基因槍的高壓氣體推動力，將一段來自其他物種的目標基因(稱作轉基因）插入受贈作物的基因組中。再透過組培苗的培養與子代性狀的選拔，得到穩定攜帶轉基因的後代植株，因此這些植株歸類為基因改造生物(Genetically modified organism，簡稱基改作物、或GMO）。由於操作技術的因素，基改作物必然帶有轉基因和來自其他物種的核酸片段(例如胡瓜嵌紋病毒的 35S 轉錄啟動子、農桿菌 T-DNA 遺留痕跡、篩選標記基因等）；另外一項特徵就是轉基因在受贈植物染色體上的插入位點是逢機的，因此基改行為可能導致一些非預期的遺傳效應。  　　根據所設定的育種目標，轉基因可以來自任何的植物、動物、或微生物，藉此賦予基改作物新型態的性狀特徵。基改的目的也可以是調整受贈作物本身某一項基因的表現強度或表現模式。在商業化的基改作物中，最常見的轉基因有來自蘇力菌(Bacillus thuringiensis）的毒蛋白(Cry）基因和來自農桿菌的EPSPS酵素基因，前者賦予基改作物抵抗蟲害的能力(特別是針對鱗翅目和鞘翅目昆蟲之幼蟲），後者賦予基改作物耐受殺草劑嘉磷賽(Glyphosate）的能力。除此之外，其他的轉基因則賦予基改作物抵抗病毒、延遲後熟、或提昇營養價值等特性。基改作物在商業化上已取得很大的成功，例如基改玉米、黃豆、棉花、甜菜、和油菜在美國的栽種面積百分比皆已達到九成以上。除了農園藝作物外，基改鮭魚也已取得美國與加拿大政府的核准，2017 年開始販售。相對於一般鮭魚，基改鮭魚長得快，養殖時間可以縮短約一半。  　　針對基改作物可能對人體健康和環境產生不利影響的疑慮，美國國家科學、工程、醫學院（National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine）在2016年曾經發表過一份評估報告，指出在長達20年的研究成果中並沒有證據顯示基改作物會對人體健康造成負面影響。部分證據甚至顯示基改作物有益於人體健康，例如在種植抗蟲基改作物時減少了殺蟲劑的使用量。即便如此，消費者(特別是歐盟地區的消費者）普遍對基改作物心存疑慮，反對基改作物基本上已經是一種社會風潮。也由於這種社會輿論風潮，各國政府對基改作物的栽培與販售皆訂有嚴格的審核與管理規定。以美國為例，一項基改作物的種子要在市場上販售平均耗時13年，花用的經費約在1億3千萬美元左右。而這也間接導致小型農業生技公司紛紛放棄基改作物的研發，使得基改作物的市場幾乎被超大型農業(種籽）公司所壟斷。  　　隨著次世代基因定序技術的推陳出新，重要的農園藝作物的基因組核酸序列已經陸續解開。有了全基因組資訊，育種科學家就開始思索精確的靶位突變的可行性。真核細胞對斷裂的雙股 DNA 普遍存在著兩套修補機轉，發生頻率較高的一種稱作非同源性端點黏接修復機轉(non-homologous end-joining repair mechanism，簡稱NHEJ），另外一種稱作同源導引修復機轉(homologous-directed repair mechanism，簡稱HDR）(圖一）。透過NHEJ修復後之DNA在接續點常出現核苷酸殘基刪減或插入式的突變現象(Indel mutations），導致原本的基因轉譯架構(open reading frame）出現錯誤讀軌(reading frame shifting），因此無法轉譯出正確的蛋白質胺基酸序列。如果雙股DNA斷裂點附近存在著另一段具有同源相似性的DNA片段，那也有機會透過HDR對損傷的DNA進行修復。這項修復機制可能造成同源DNA片段的精準置換或大片段DNA的刪除。所以科學家要作的干預行為就是在選定的目標基因位創造出斷裂點，接下來由細胞去完成後續的修補動作，進而產生精確的靶位突變。由於這樣的突變方法在作物的基因組上可以做到不帶有來自其他物種的轉基因或核酸片段，因此又稱基因編輯(Gene editing）。美國農業部(USDA）認為基因編輯作物在本質上不等同於基因改造作物，因此無須接受基改作物相關法規的審查與管理。這項見解極度鼓勵了科學家與農業生技公司投入基因編輯作物的研發工作。    　　科學家至今發明了三種實用的方法用來在染色體的特定位點上創造出斷裂口(圖二）。首先發展出來的是鋅指核酸酶(Zinc-finger nucleases，簡稱ZFNs）。ZFNs是人工改造的限制酶，蛋白質結構上有兩個區間。N端是一串鋅指結構(每個單元約含30個胺基酸），每一個鋅指結構上設計有對應性的胺基酸殘基，用來結合DNA靶位上特定的核苷酸殘基。一個鋅指結構可以辨識三個連續的核苷酸，因此五個成串的鋅指結構就能辨識十五個核苷酸殘基序列。C端則是源自限制酶FokI的非專一性核酸水解酶。透過串聯在一起的鋅指結構對特定核酸序列的結合，可以將FokI改變成專一性的核酸水解酶。由於 FokI形成雙體時才有活性，因此要在一個靶位基因上造成一個雙股DNA的斷裂口，就需要分別針對斷裂口的上游以及下游的對應股核酸序列設計出對應性的 ZFN。成對的 ZFNs 同時作用，就可以利用 FokI 的水解酶活性產生切口。  　　利用設計過的蛋白質結構單元來辨識特定核酸序列的另一項技術是類轉錄激活因子效應物核酸酶 (Transcription activator-like effector nucleases，簡稱TALENs）。如同ZFNs般，TALENs 也是一種人工改造過的限制酶，用來辨識特定的DNA序列，並在其上造成切口。說明TALENs之前，先簡單介紹黃單孢菌屬的細菌(Xanthomonas sp.)。這項菌屬的成員是常見的植物病原菌，能利用第三型分泌系統之奈米級針筒狀器械將致病相關效應物質(Effectors)導入寄主的細胞內，最終引發疾病症狀。有一類的效應物質具有DNA結合能力，會激活特定基因的轉錄活動，因此稱作類轉錄激活因子效應物(TALEs)。TALEs通常含有多個重複單元，每一個單元有33~34個胺基酸殘基，其中第12~13個位置上的胺基酸種類是不固定的。在這兩個位置上的不同胺基酸組合決定了所辨識的核苷酸殘基種類，例如，組胺酸/天門冬胺酸(His/Asp)辨識胞嘧啶(C)、天冬酰胺/異亮胺酸(Asn/Ile)辨識腺嘌呤(A)、天冬酰胺/甘胺酸(Asn/Gly)辨識胸腺嘧啶(T)、而天冬酰胺/天冬酰胺(Asn/Asn)則對應鳥嘌呤或腺嘌呤(G or A)。一個由 16 個重複單元組合成的TALE就可以依照各個單元的差異性設計而辨識DNA上特定的 16 個核苷酸序列。TALEN就是由N端的TALE和C端的FokI組成，透過對TALE 重複單元的設計，可以賦予 FokI 對 DNA 上特定核酸序列的水解能力。TALENs 也是成對作用，一個辨識切口上游的核酸序列，另一個辨識下游對應股的核酸序列。雖然有了ZFNs和TALENs這兩項工具，但基因編輯仍未蔚為風潮。原因之一是蛋白質結構單元與核苷酸殘基之間並沒有絕對的辨識對應關係，降低精確定位的效率。另外，每一個ZFN或TALEN都要依照靶位基因上的核酸序列作對應性的設計，增加操作的複雜性和成功獲得基因編輯作物的成本。    　　最近十年來有一項基因編輯技術迅速發展，日趨完善，它就是CRISPR/Cas9。CRISPR 是 Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats 的簡稱，指的是發現於原核生物中的一串規律間隔的短回文核酸序列叢簇，在重複的回文序列之間夾著序列各異的簡短核酸片段，稱作隔間者(Spacer) (圖三)。不同CRISPR中的隔間者長度有所不同，一般在32~38個鹼基對之間，但也有極長(72個鹼基對)或極短(21個鹼基對)的例子。Cas9是Cas蛋白質家族的一員，來自化膿性鏈球菌(Streptococcus pyogenes)，在分類上屬於第二型。Cas是CRISPR關聯性蛋白質(CRISPR-associated protein)的簡稱。在染色體輿圖上，Cas的編碼基因群就坐落在CRISPR的臨近位置。在功能上，Cas是核酸酶，與CRISPR序列叢簇中多樣性隔間者的組建和後續標的基因的水解有關。CRISPR於1987年首度在大腸桿菌的基因組中被發現，當時並不知道它的存在意義。隨著微生物基因組定序的普及化，到2000年左右已經發現許多細菌(~40%)和古生菌(~90%)的基因組中存在著相仿的CRISPR家族。而CRISPR的生理功能和其作用機轉在2005~2010年之間得到釐清，它是原核生物適應性免疫反應的執行者。 　　當菌體族群受到病毒(或稱嗜菌體)感染時，少數倖存下來的個體會利用由Cas所組成的蛋白質複合體將一小段病毒DNA切割下來，再嵌入CRISPR近端(靠近轉錄啟動子的一端)的回文序列之間，成為CRISPR結構中的一個新加入的隔間者。所以CRISPR的結構組成也反應出該原核細胞族系受到各式病毒入侵的歷史紀錄。越靠近啟動子的隔間者來自越近期入侵的病毒；相反的，越遠端的隔間者代表著一個時間越久遠的感染事件。隔間者的選擇並不是逢機反應，它的下游必須緊臨一個稱作原隔間者緊鄰基圖(Proto-spacer adjacent motif，簡稱 PAM)的序列。以化膿性鏈球菌為例，它的PAM是NGG三核酸苷序列。透過常態性的轉錄活動，菌體會以CRISPR為模板，產生相對應的RNA，稱作 Pre-crRNA。Pre-crRNA再被由Cas所組成的蛋白質複合體切割，產生許多小片段的 crRNAs。每一個crRNA是由一個隔間者及其側邊的回文序列組成。當該菌體再次受到之前曾經入侵的病毒的感染時，由Cas以及crRNA 組成的[Cas-crRNA]複合體透過crRNA的導引，利用crRNA和標的DNA之間的核苷酸配對關係，找到病毒基因體中與crRNA相同(但U改為T)且下游緊鄰PAM的序列。這時複合體中的Cas 蛋白質就發揮其核酸酶的功能，在病毒基因體的這個位點上進行切割，消滅入侵之病毒。透過前次感染的印記，消除再次的感染，這就是細菌版的適應性免疫反應。除了防禦病毒的感染外，由CRISPR/Cas所組成的防禦網對通過接合作用(Conjugation)而進入細胞內的外源性質體也有清除效果。在防禦功能上CRISPR/Cas 和真核生物中用來降低病毒感染的RNA干擾機制(RNA interference，簡稱RNAi)有點相似。但是兩者在作用機轉、水解對象上不同。CRISPR/Cas主要針對雙股DNA分子，而RNAi的對象是mRNA分子。 　　根據Cas執行功能時的分子組織狀況，可將各種Cas蛋白質分作六型。Cas9屬於第二型，它的特徵是單分子獨立作業(無需其它Cas蛋白質的合作)，只要與crRNA 和另外一段獨自轉錄出來的RNA分子(RNA trans-activating crRNA，簡稱tracrRNA)組成[Cas9-crRNA-tracrRNA]複合體就能針對目標DNA進行水解。在這個複合體中，tracrRNA的5’端和crRNA的3’端回文序列配對，形成一個局部的雙股RNA結構。由於 tracrRNA是固定的序列，因此可以將依照靶位序列而設計的crRNA和既有序列的tracrRNA銜接成一條導引RNA (guide RNA，簡稱gRNA)。Cas9與gRNA 結合後，其中的gRNA會引導Cas9專一的辨識靶位 DNA。Cas9分子上有兩個核酸酶活性區，一個是位於 N 端的RuvC-like nuclease，另一個是位於中間區段的HNH-like nuclease。抓住靶位DNA 後，這兩個核酸酶活性就會對DNA進行水解，產生雙股DNA的斷裂 (圖二)。另外，Cas9如果混合以多個不同靶向的gRNAs，哪也可以在一個細胞內同時執行多個靶位點的突變。扼要總結，透過人為的設計與操作，[Cas9-gRNA]複合體可以對各種原核和真核生物進行特定DNA位點的斷裂。由於gRNA的製備相對於ZFN或TALEN的製備來的簡潔許多，產生雙股DNA斷裂的效率也比較高，因此 CRISPR/Cas9就取代了ZFNs或TALENs，成為基因編輯的新寵工具。很快的這項技術就廣泛的應用到疾病治療與植物育種上。  　　利用CRISPR/Cas9技術研發基因編輯植物時有幾種作法。推薦的一種方法是先利用大腸菌生產Cas9，並將其純化。同時利用體外轉錄系統(in vitro transcription)生產設計過的、具有特定序列的gRNA。將兩者在試管中混合，製 備出[Cas9-gRNA]複合體，再將其裹在奈米金粒子表面，利用基因槍的推動力把[Cas9-gRNA-奈米金粒子]送入植物之癒傷組織。或者，利用植物原生質體轉染(Protoplast transfection)技術，藉由聚乙二醇(Polyethylene glycol，簡稱PEG)的媒介將[Cas9-gRNA]複合體送入原生質體內。在植物細胞核內[Cas9-gRNA]複合體能夠專一性的辨識出靶位DNA，並在靶位DNA上創造出斷裂口，再藉由NHEJ修補機制在靶位DNA上創造出刪減或插入式的突變。接下來誘導癒傷組織進行分化，或誘導原生質體細胞壁重生以及組織分化。待長成再生植株後，以PCR確認靶位DNA是否已經產生突變。另外，也可以利用HDR修補機制進行精準的靶位DNA置換。作法上要額外製備出一段攜帶著變異核苷酸的靶位DNA，稱之為模板DNA (Template DNA)。將Cas9、gRNA、和模板DNA混合，共同裹在奈米金粒子表面，同樣以基因槍對癒傷組織進行轉形工作，或在聚乙二醇的協助下對原生質體進行轉形工作。在這樣的條件下，HDR修補機制有機會將野生型的靶位 DNA 置換成攜帶突變點的模板DNA。最後再以PCR對再生植株進行突變確認。由於CRISPR/Cas9所主導的突變效率頗高，所以即便不使用抗生素抗性基因作為篩選標記，仍有機會得到目標基因已產生變異的植株。利用CRISPR/Cas9技術進行基因編輯還有一項特點，由於它的高中靶效率，對偶靶位DNA 同時受到突變的機率也不小，因此有機會得到同合子基因突變植株 (Homozygous mutant)。對多倍體的植物進行基因編輯也發現數個相同靶位DNA同時受到突變的情況。通過這樣的方式所得到基因突變植株並不攜帶轉基因或外來物種的核酸片段，所以算是基因編輯植物，而不是基因改造植物。 　　另一種作法乃是沿用開發基改植物時慣常使用的技術，也就是利用農桿菌進行植物細胞轉形的技術。首先將Cas9的表現卡匣和設計好的gRNA表現基因裝載在Ti質體上；接著利用農桿菌感染植物再生組織，將攜帶Cas9和gRNA 基因的重組T-DNA嵌入受贈細胞的染色體中。在受贈細胞中表現出來的Cas9 以及gRNA會組裝成[Cas9-gRNA]複合體，攻擊靶位基因，造成雙股DNA斷裂切口。透過細胞自我的修補機制(主要是NHEJ)，在靶位DNA上產生刪減或插入式的突變。到此步驟所得到的突變植株在基因組中仍含有重組T-DNA，所以仍然屬於基改植物的範疇。接下來讓已經變異的子代植株進行自交，在基因分離篩選過程(Segregation screen)中得到攜帶突變基因但不再擁有重組T-DNA片段的後代植株，這樣的植株在本質上才算是基因編輯植物。  　　鑒於CRISPR/Cas9技術在基因編輯上的強大潛力，自2013年起相關的學術論文(包括原創報告與回顧性文章)每年皆呈現巨幅增長。利用PubMed作文獻搜尋，在 Title/Abstract中同時出現CRISPR和Cas9兩項關鍵字的文獻到2017年為止共有4470篇，同時出現CRISPR、Cas9、和Plant三項關鍵字的文獻到2017年為止則有240篇。針對植物的研究文獻有一大部分是屬於觀念實證(Prove of concept)的研究，利用CRISPR/Cas9的技術去探討目標基因在植物生理上扮演的角色。另外一部分研究則從育種出發，利用CRISPR/Cas9的技術去改善作物的營養價值、提升作物應付生物性或非生物性逆境的能力、或增加作物的產量。因為以育種為目的，這一部分的研究多會以創造基因編輯作物而非基因改造作物為終極目的。以下介紹幾篇原創研究，見證 CRISPR/Cas9在植物育種上的威力。 　　(1)改善營養價值的研究 　　小麥麵粉中的水不溶性蛋白質—特別是麥膠蛋白質(gliadin)中的2-gliadin是造成乳糜瀉的主要過敏原，而小麥栽培種Triticumaestivum的基因組中含有大約100條的2-gliadin編碼基因(含偽基因)。科學家利用CRISPR/Cas9的技術在一株基因編輯小麥品系中刪去了其中35條2-gliadin的編碼基因，使得這款小麥麵粉的過敏反應可以降低85%。馬鈴薯在高溫加工過程(例如油炸薯條)容易產生有毒物質丙烯醯胺，而丙烯醯胺的產生源自於馬鈴薯內的還原糖與天冬酰胺在高溫下產生的梅納反應(Maillard reaction)。育種科學家利用基因編輯技術降低馬鈴薯中酸性轉化酶(Acid invertase)的活性或調降天冬酰胺生合成的酵素活性，培育出較不易累積丙烯醯胺的馬鈴薯品系。也有農業生技公司利用CRISPR/Cas9的技術降低馬鈴薯多酚氧化酶(Polyphenol oxidase)的活性，使得馬鈴薯受到物理性傷害時不易褐化。蘑菇在儲放時容易褐化，所以常利用二氧化硫來漂白，影響消費者的健康。現有科學家利用CRISPR/Cas9 技術將菇體基因組中六個多酚氧化酶基因減少為五個，使得多酚氧化酶活性降低30%，創造出儲放過程不會褐變的蘑菇。植酸(Phytate，又名Inositol hexaphosphate)是玉米種子中磷酸的主要儲存形式，因此作為飼料用途的玉米含有的磷酸量很高。可惜飼養動物腸胃道並不分泌植酸酶，使得飼養動物的排泄物仍然含有高量的植酸，對環境造成嚴重的汙染。科學家利用CRISPR/Cas9刪去玉米基因組中一個Inositol phosphate kinase的編碼基因，降低玉米種子中植酸的含量。使用這款變異玉米所作成的飼料有助於降低動物排泄物對環境的不良衝擊。 　　(2)強化植物抗病能力的研究 　　許多農園藝作物受病原體感染而產生病徵是因為存在著病原體易感基因(Susceptible genes)。這些基因產物可能和病原體的感染或複製有關，或誘使植物產生病徵。透過基因編輯技術刪除或變異特定的易感基因有助於提升作物的抗病能力。由真菌Magnaporthe oryzae引起的稻熱病(Rice blast)是重要的水稻病害，每年對水稻的收成損失可達30%。植物的乙烯應對因子(Ethylene responsive factors，簡稱ERF)是一群受乙烯調解的轉錄活化因子，在水稻中它也是稻熱病的易感因子。科學家利用CRISPR/Cas9技術突變了OsERF922基因，提升水稻對Magnaporthe oryzae的抗性，但不影響水稻的其他農藝性狀。真菌Oidium neolycopersici是造成多種農園藝作物白粉病(Powdery mildrew)的元兇，而Mildew resistant locus O (Mlo)是白粉病的易感基因，此基因的產物是一個膜鑲嵌蛋白質，推估與O. neolycopersici的感染有關。番茄基因組擁有16個Mlo基因，其中SlMlo1與白粉病的感染關係最大。利用CRISPR/Cas9技術刪去SlMlo1 基因的部分核苷酸序列，發現番茄植株對白粉病的抗性顯著提升。柑橘潰瘍病(Citrus Canker)是由Xanthomonas citri subsp. citri (Xcc)所引起的柑橘類重大疾病。Xcc會分泌一個效應物質PthA4，而PthA4在柑橘細胞核內會結合到易感基因CsLOB1的啟動子區域，活化CsLOB1基因的轉錄活動，進而導致壞疽性潰瘍的產生。利用CRISPR/Cas9技術刪去CsLOB1啟動子中的PthA4辨識結合區，可以有效降低潰瘍病癥的發生。 　　(3)增加產量的研究 　　AGROS8在玉米的乙烯回應路徑中擔任負調控者的角色。在乾旱的栽培條件下所誘發的乙烯回應(Ethylene responses)會減少玉米的穀粒產量，此時如果增強AGROS8基因的表現可以削弱乙烯所造成的不良作用，回復正常的穀粒產量。科學家利用CRISPR/Cas9技術在AGROS8基因的啟動子中塞入一段源自玉米的中強度啟動子GOS2，增強AGROS8基因的表現。經過編輯後的玉米在乾旱逆境下仍然能有接近正常的穀粒產量。 　　以CRISPR/Cas9為核心的基因編輯技術是一項強大的育種技術，在時效上大幅縮短傳統育種技術所需要的時間，在本質上編輯後的植物可以不含任何其他物種的核酸片段，在本質上無異於傳統育種所得的結果。因此美國農業部認為基因編輯作物不同於基因改造作物，不必受基因改造作物審查法規的管理。截止2017年底，美國農業部已經宣告不依基改作物法規審查的基因編輯作物計有抗褐化的蘑菇、改變澱粉組成的玉米穀粒、延遲開花時間的小米、抗旱耐鹽的黃豆等。這意味著研發基因編輯作物在時間和金錢的投報率上遠優於研發基因改造作物，因此中小型的農業生技公司或學術單位也可以放膽的投入基因編輯作物的研發行列。那歐盟對基因編輯作物的看法又是如何？歐盟對基改作物的認定標準不同於美國和加拿大，除了生物產品的本(Product-based)外，也會考量技術過程的本質(Process-based)，對於基因編輯植物的審核和管理是否要遵循基因改造作物的法規辦理仍無定論，反對和擁護基因編輯技術(產品)的兩方團體尚在激辯中。不過最近有一則新聞值得注意。歐盟法院(European Court of Justice)傾向於放寬基因編輯作物的管理。或許歐盟在不久的將來也會採取美國的作法，畢竟一昧地反對新穎性的科技可能會錯過競爭時機，犧牲了農產業的發展。有關基因編輯技術的應用開發和法規管理等事務值得我們持續關注。