反芻動(dòng)物甲烷排放是農(nóng)業(yè)溫室氣體的主要來(lái)源，占全球農(nóng)業(yè)甲烷排放的近40%。當(dāng)前常規(guī)減排手段如改變?nèi)占Z結(jié)構(gòu)、添加化合物等手段存在持續(xù)性弱、成本高或副作用大的問題。新研究指出，CRISPR/Cas技術(shù)作為一種高效、可編程的基因編輯工具，為解決這一問題提供了突破口。

2025年6月14日，北京農(nóng)學(xué)院蔣林樹教授團(tuán)隊(duì)在Cell Press旗下期刊Trends in Biotechnology（中科院1區(qū)TOP期刊）發(fā)表了題為“Leveraging gene editing to combat methane emissions in ruminant agriculture”的綜述論文，系統(tǒng)闡述了利用CRISPR基因編輯技術(shù)減少反芻動(dòng)物甲烷排放的前沿策略。該綜述聚焦于兩個(gè)核心方向：飼草改良與瘤胃微生物重塑，提出通過精準(zhǔn)編輯植物（次級(jí)代謝產(chǎn)物）和微生物（產(chǎn)甲烷古菌）基因，實(shí)現(xiàn)反芻動(dòng)物源頭控排，為低碳畜牧業(yè)發(fā)展提供新思路。

一方面，研究表明，通過基因編輯提升飼草中脂質(zhì)和特定活性物質(zhì)（如單寧、皂苷）含量，可有效抑制瘤胃甲烷合成。這些改良后的牧草不僅可維持動(dòng)物生產(chǎn)性能，還可在飼喂過程中自然降低溫室氣體排放。另一方面，通過編輯瘤胃中產(chǎn)甲烷古菌的關(guān)鍵代謝基因（如Mcr、mtmCB等），可實(shí)現(xiàn)對(duì)甲烷生成過程的直接干預(yù)，從微生物源頭降低甲烷釋放量。

CRISPR/Cas技術(shù)在反芻動(dòng)物系統(tǒng)中減少甲烷排放的應(yīng)用

研究總結(jié)了當(dāng)前在模式植物和代表性產(chǎn)甲烷菌中已取得的編輯成果，并展示了多個(gè)有效路徑，包括脂質(zhì)合成通路優(yōu)化、酚類和皂苷類代謝增強(qiáng)，以及利用CRISPR干擾系統(tǒng)精準(zhǔn)調(diào)控微生物基因表達(dá)。同時(shí)，文章也指出了技術(shù)推廣面臨的挑戰(zhàn)，例如編輯元件的傳遞效率、靶標(biāo)基因選擇的生態(tài)安全性，以及如何在復(fù)雜瘤胃環(huán)境中維持編輯微生物的穩(wěn)定性和競(jìng)爭(zhēng)力。

該文強(qiáng)調(diào)，應(yīng)通過多學(xué)科協(xié)作推動(dòng)基因編輯技術(shù)在農(nóng)業(yè)減排中的應(yīng)用，包括整合植物生物技術(shù)、合成生物學(xué)、系統(tǒng)生態(tài)學(xué)和農(nóng)業(yè)政策等領(lǐng)域，加速構(gòu)建可持續(xù)、可監(jiān)管、可推廣的低碳養(yǎng)殖體系。

通過牧草和藥用植物的基因編輯增強(qiáng)活性物質(zhì)產(chǎn)量以減少甲烷排放

北京農(nóng)學(xué)院動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院趙玉超副教授為論文的第一作者，北京農(nóng)學(xué)院蔣林樹教授為該論文的通訊作者。本課題的研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2023YFD1301801）的支持。是全球首次系統(tǒng)提出“植物+微生物雙靶向”基因編輯策略以應(yīng)對(duì)反芻動(dòng)物甲烷排放的理論框架與實(shí)踐方向，具有重要的科研價(jià)值和產(chǎn)業(yè)推廣潛力。