基因组工程和其他可编程分子技术的进步在农业领域显示出巨大的前景，有望解决食品安全和工业可持续性问题。
为了能够编写新的基因组，科学家必须能够快速可靠地读取基因组。 幸运的是，HiFi 测序提供了一个可靠的解决方案，可提供高质量的参考基因组，帮助研究人员设计编辑实验，同时可提供全面的序列数据，用于验证构建体、确认编辑和评估脱靶效应。
通过 CRISPR-Cas9 改良木薯
植物育种者一直在寻找扩大作物多样性的方法，因此 CRISPR-Cas9 这种全新的工具应运而生。 精确修饰的基因组有助于促进必需的食品安全、商品多样性和可持续性，从而满足全球日益增长的需求。 但是他们如何确保编辑的精准度而不产生危险的意外脱靶效应呢？
HiFi 测序可以提供帮助。 高度准确的长读长测序可以捕获在靶和脱靶效应，以在靶向和全基因组范围内全面评估编辑结果。
当瑞士研究人员开展一项雄心勃勃的计划以通过 Cas9 编辑来改良木薯作物时，他们使用 PacBio 测序来追踪其修饰基因中的变化，例如缺失、插入和移码突变，以便更好地了解其基因组和表型特性。
木薯 (Manihot esculenta Crantz) 是一种为食用而种植的多用途作物，是全球最重要的五种碳水化合物来源之一。
由于其耐旱性和对边缘环境的适应性，富含淀粉的贮藏根已成为热带和亚热带国家/地区的主食。 此外，它的无麸质特性也使其广受西方国家/地区的欢迎，因此 2000 年至 2012 年间全球收成增加了 60 %。 此外，它的根也是一种重要的商品，可用于制造纸张、饮料、可生物降解材料、动物饲料、药品和生物燃料。
因此，科学家们将木薯视为基因工程的候选作物。 不幸的是，这种植物对遗传转化和体外再生具有顽拗性，并且在一些育种系和农民偏爱的品种中表现出较差的可繁殖性。 即使是传统的性状渗入育种计划也非常耗时，并且在温室环境中很少开花，有性繁殖产生的种子也很少。
为了克服这些障碍，ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）分子植物生物学研究所的科学家们着手使用基因组编辑来加速作物改良。 他们使用 CRISPR-Cas9 方法，引入了靶向突变来产生具有新特性的无转基因后代。
修饰的特性之一便是淀粉生物合成。 之所以培育不含直链淀粉的马铃薯、玉米和小麦的天然品种，是因为它们具有理想的烹饪和加工品质，科学家们试图复制这一有价值的性状。
他们将注意力转向另一种经过充分研究的植物——拟南芥，并在这种作物上寻找遗传靶标。 研究表明，拟南芥中 GBSS（颗粒结合淀粉合酶）或 PTST1（蛋白质靶向淀粉）基因突变可产生无直链淀粉，但 PTST1 突变对任何其他植物物种的影响尚不清楚。
通过 GBSS 或 PTST1 的靶向诱变，科学家们生成了几条包含一系列不同直链淀粉含量的品系。 他们还诱导了 AtFT 的表达，以确保即使在温室条件下也能快速开花，同时确保了编辑品系的遗传性。 其中两个后代成功继承了等位基因编辑，而不需要获取外源 DNA（无转基因）。
为了检查基因组 DNA 的意外（“脱靶”）剪切和诱变对植物形态、生理学和农艺性状造成的任何其他可能有害的影响，使用 PacBio 技术对新植物系进行测序，以识别由 Cas9 介导的剪切和非同源末端连接 (NHEJ) 引起的核苷酸插入/缺失（插入缺失）；没有识别到剪切产物或插入缺失。
作者说，他们希望实验的成功会让大家广泛采用具有成本效益、无转基因且具有实用新性状的作物，以补充其他育种计划。
“在高度杂合的作物中有效修饰基因的能力，同时加快开花时间以产生具有纯合性状的无转基因后代，应该可以比传统育种方法和表型循环选择节省几年时间。”作者写道。
基于 CRISPR 的奶牛基因组工程
与作物一样，针对牲畜的某些性状进行育种有助于为不那么残酷的工业食品生产系统铺平道路，此外，该系统更加环保。
基于 CRISPR 的基因组工程有助于科学家们构建经过设计师驯化的动物，而无需依赖病毒和细菌来运送 DNA。
由 Alison L. Van Eenennaam, 和Joseph Owen 领导的加州大学戴维斯分校团队接受了这项挑战. 事实证明，这是一项真正的挑战。
第一个困难是确定在哪里放置他们想要插入的基因（SRY，一种会触发雄性后代的性别决定基因）。 他们开始实验时（2014 年）可用的牛参考基因组已有十多年的历史，而且还远未完成。 在他们最初的尝试中，他们靶向了 X 染色体的一部分，该部分似乎在非关键的“垃圾 DNA”中。
他们后来意识到该区域实际上对细胞生长至关重要，这一发现得益于使用 PacBio 技术构建并于 2018 年发布的更新的牛基因组 ARS-UCD1.2。
更全面的参考基因组帮助 UC Davis 分校团队重新设计了他们的编辑，并避开了任何必要基因，在设计过程的后期使用 PacBio 测序则帮助团队真正了解到他们的编辑在小牛出生后的全部效果。
他们的发现有很多惊喜，包括 SRY 基因的额外拷贝以及在不同位置的意外插入和缺失。
PacBio 长读长测序用于生成参考组装，其中包括完整的牛基因组以及质粒骨架和模板序列。
通过这个示例，说明了实验中出现的问题与正确的结果一样重要，甚至有可能更加重要。
“对于某些研究应用而言，非预期的同源性独立插入可能不会出现问题；然而，这对于需要精确整合的胚胎介导的治疗应用来说却不太可能，并且还会对食品动物应用的监管批准带来潜在挑战，”作者写道。
基因编辑领域如同广袤的大海，广阔且多变。 HiFi 测序提供了高质量的参考基因组，有助于研究人员寻求验证构建体、确认编辑和评估脱靶效应以促进食品安全和工业可持续性发展。
