10月下旬，来自世界各地的作物工程师齐聚伦敦，他们的研究目标雄心勃勃：生产出更有效利用水的稻米、需要更少肥料的谷物，以及通过涡轮增压光合作用驱动的高产木薯。
作物工程联盟研讨会的150名与会者充满了想法，并拥有大量的分子工具。得益于合成生物学和自动化的进步，一些项目拥有超过1000个工程基因和其他分子工具，可以随时在研究人员选择的作物中进行测试。但这也往往是他们遇到的瓶颈。使用过时的方法来生成具有定制基因组的植物（称为转化过程）既繁琐、不可靠又耗时。
当被问及该领域还存在哪些障碍时，英国诺维奇约翰英纳斯中心的植物发育生物学家贾尔斯·奥德罗伊德（Giles Oldroyd）立即回答道：“最大的问题是改进植物转化。”
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明尼苏达州圣保罗大学的植物生物学家丹·沃伊塔斯（Dan Voytas）说：“我们都面临着这个交付问题。我们拥有强大的试剂，但如何将它们送入细胞？”
问题的关键在于，数十年来，修改植物基因组，然后从少数转化细胞中再生出整株植物一直很困难。CRISPR-Cas9 等基因编辑技术带来了曾经不可想象的复杂作物工程的希望，当研究人员遇到旧的障碍时，这让人更加沮丧。
9月28日，美国国家科学基金会（NSF）通过宣布将资助对更好的转化方法的研究，以此承认了这种挫败感。该重点是新植物基因组研究计划中的四个重点之一，该计划将获得总计 1500 万美元的资金。
田纳西大学诺克斯维尔分校的植物生物学家尼尔·斯图尔特（Neal Stewart）说：“每个人都认为这确实是基因工程的瓶颈。”他去年 11 月组织了一个关于植物转化的 NSF 研讨会。“我认为现在有足够的兴趣尝试找到解决主要作物问题的方法。”
顽固的作物
一些植物，例如矮小的拟南芥（Arabidopsis thaliana），植物中的“实验鼠”，可以使用一种细菌将基因添加到植物基因组中，从而轻松转化。研究人员将他们想要测试的基因插入到细菌（根癌农杆菌）中，然后诱使微生物感染植物的生殖细胞。当植物产生后代时，它们中的一些会表达新的基因。
但这不适用于许多作物，并且使用农杆菌会引起美国农业部等政府机构的额外审查，因为它被认为是植物害虫。作为替代方案，研究人员可以使用“基因枪”将包覆有 DNA 的金珠射入植物细胞。然后将这些细胞浸泡在生长激素中，并诱导其再生为完整的植物。一些植物，如玉米，很容易接受这种处理。而另一些植物，如小麦和高粱，则不然。
对于难处理的作物，可能需要几个月艰苦的细胞培养工作（优化生长条件和激素浓度）才能再生出完整的植物。成功的条件不仅因作物而异，而且在同一物种的植物之间也不同。
纽约州伊萨卡康奈尔大学的专家乔伊斯·范·埃克（Joyce van Eck）说，植物转化专家是罕见的。她在伦敦研讨会上说：“我们所做的事情有很多艺术性。很难找到接受过这种培训的人。”
再加上缺乏对新方法的资金投入，研究人员不得不依赖数十年前的技术。
更好的方法
但随着寻找替代方案的竞争加剧，这种情况可能会改变。斯图尔特和他的合作者开发了一种机器人，该机器人可以比手工操作更快、更准确地执行一项称为原生质体转化的成熟技术。该方法使用酶来消化细胞壁，从而使研究人员更容易引入新的基因。然而，再生整株植物的问题仍然存在。研究人员使用了类似的方法（没有机器人）在各种植物中执行 CRISPR-Cas9 基因编辑，包括莴苣和水稻。
细胞培养步骤仍然很困难。斯图尔特说，他实验室的一名人员在两年的时间里，为了转化他用于生物燃料研究的一种高草而努力，但没有成功。但是，酶的成本下降使得研究人员可以进行更多的实验，而机器人技术提高了产量。斯图尔特对他的创造物如此着迷，以至于他为它创作了一首歌。他说：“它现在是我们的宝贝。”
其他研究人员，如盖恩斯维尔佛罗里达大学的弗雷迪·奥尔特彼得（Fredy Altpeter），正在寻找一组基因，当这些基因被打开或关闭时，会使植物细胞更容易从培养中转化和再生。他说：“我认为这将导致该技术更广泛的应用，并使那些不是细胞培养专家的人能够做出这些改进。”
但是奥德罗伊德说，研究人员不能坐等这些发展。他的项目旨在开发更有效地利用土壤中氮的谷物，将使用旧的、繁琐的方法来测试数百个转基因。“我们只需要耐心，”他说。
本文经许可转载，首次发表于2016年11月2日。