通过编辑基因组改变蘑菇易褐变的特性
2015年某一天，在美国宾夕法尼亚州切斯特县门登霍尔酒店的宴会厅内挤满了上百人，这些人可能没有一丁点基因组编辑的知识背景，但是他们对蘑菇却非常熟悉。这些当地蘑菇种植者每天平均生产约50万千克蘑菇，宾夕法尼亚州因此能够在全美12亿美元的蘑菇销售市场中占据主导地位。然而，总会有一部分蘑菇在商店的货架上褐变甚至腐烂。蘑菇对物理损伤极其敏感，即便小心翼翼地拣货和包装也可能激活那些加速蘑菇腐烂的酶。
在座的蘑菇种植者可能从未听说过CRISPR，但是当杨亦农教授向他们展示了一张照片后，他们就明白CRISPR的重要性了。照片是2014年11月时女星卡梅隆·迪亚茨为詹尼弗·杜德纳和埃曼纽尔·卡彭蒂耶颁奖，两人因为发明CRISPR而获得“科学突破奖”，并因此每人获得300万美元的奖励。随后，杨亦农教授向他们展示了一组褐色、腐烂的蘑菇与通过CRISPR技术得到的洁白的双孢蘑菇对比的照片，他们明白了这一技术具有巨大的商业应用价值：所有双孢蘑菇每年总产量达4亿多千克，宾夕法尼亚州立大学也很清楚这一技术的商业价值，就在杨亦农教授发言的前一天，该大学已经就基因组编辑蘑菇的研究工作递交了专利申请。
当年秋天一个雾蒙蒙的早晨，在一场关于蘑菇生产的继续教育研讨会上，出生于中国浙江黄岩的宾夕法尼亚州立大学的植物病理学教授杨亦农借助这一平台介绍了一个有望解决蘑菇褐变难题的可行方案。杨亦农教授是一位乐呵呵的绅士，但却不是蘑菇种植领域的专家。尽管如此，他利用CRISPR成功地对西方世界餐桌上最受欢迎的蘑菇——双孢蘑菇进行了基因组编辑。
在短短三年的CRISPR科学故事中，围绕CRISPR的讨论内容非常精彩。它是一个革命性的研究工具，同时也伴随着戏剧化的医学应用前景、棘手的生命伦理难题、尴尬的专利纠纷等方面的困扰，最重要的是，它在医学和农业上有数十亿美元的商业价值。这一技术就像是5级龙卷风一样席卷了整个基础研究领域。许多科研单位和生物技术公司一直在寻找新的方法来治疗一些如镰状细胞性贫血和地中海贫血症之类的疾病。另外，还有人期待着DIY艺术家和生物公司能够创造出各种各样的新品种，从紫色皮毛的兔子到活生生的、能呼吸的小动物，例如中国最近研发出来的可作为宠物的“迷你猪”。CRISPR技术还可能用于修复胚胎或永久性地改变我们的DNA，这一前景使得“改良”人类物种自身的话题变成热点，同时也引发了人们对相应国际禁令的呼吁。
CRISPR这一革命性技术对农业有着意义深远的影响。截止2015年秋天之前，有50篇科学文献报道了CRISPR在基因组编辑植物方面的应用，并且有迹象表明，美国农业部——评估转基因农业产品的部门之一——并不认为基因组编辑作物应该像“传统”的转基因生物那样接受同样严格的监管。伴随着监管大门敞开一条细缝，许多公司已展开激烈的竞争，争取早日将基因组编辑作物应用于田间种植，并最终进入食品供应链。
CRISPR技术的革命性就在于其史无前例的精准性。CRISPR可以实现任何基因的清除或是在基因组的特定位置插入一个新基因来获得优良品种的性状。据使用此技术的人反馈，与人类曾经发明的方法，包括人类实践了数千年的“自然”的杂交技术相比，这一技术可以使得植物育种过程发生最小的生物学改变。在许多案例中，这一技术还可以使科学家回避那些来自其他物种外源DNA技术所带来的争议。通过那些具有争议的技术所得到的转基因作物，如孟山都生产的抗草甘膦除草剂的玉米和大豆，已经引起了公众对转基因的反感，并且导致公众对这些技术的不信任。与之相反，许多科学家对CRISPR持乐观态度，他们认为CRISPR作物与“普通”转基因作物是有很大差别的，因此将会改变围绕转基因食品进行辩论的方向。丹尼尔·福亚塔斯在某企业担任科学顾问并从事学术研究，他认为“这一新的技术迫使我们重新思考转基因到底是什么”。
基因组编辑蘑菇的故事在2013年10月迎来一个决定性的转折，当时杨亦农教授在宾夕法尼亚州立大学的校友戴维·卡罗尔偶然来拜访他，卡罗尔是乔治蘑菇公司的董事长，他想知道新兴的基因组编辑技术是否可以用于改良蘑菇。鉴于CRISPR产生精准突变的强大能力，杨亦农教授说：“你是想获得哪种预期的性状呢？”卡罗尔建议从抗褐变着手，杨亦农教授当即同意可以试一试。
杨亦农教授明确知道他需要编辑哪个基因。生物学家已经鉴定出一个包括六个基因的家族，这个家族的每一个基因都可以编码引起褐变的酶（同类的基因也会引起苹果和马铃薯的褐变，这两个物种中相应基因也已经通过基因组编辑技术获得了抗褐变的品种）。其中四种褐变基因会在蘑菇的子实体中产生大量的酶，因此杨亦农教授认为，如果能够通过基因组编辑技术引入突变，关闭它们之中某一个基因的功能，那么他就很有可能减缓褐变的速率。
杨亦农教授的实验室仅仅用了两个月时间就研发出了抗褐变的蘑菇；对杨教授来说，这种研究工作已是家常便饭。这一技术的成本低得令人难以置信。最艰难的一步——合成指导RNA和支架蛋白，只需要几百美元；现在许多小型生物公司可按照客户要求制备CRISPR复合体来编辑任何基因。
最大的成本是人力，据杨亦农教授介绍：“如果不考虑人力成本，其成本可能还不到一万美元。”在农业生物技术领域，这一成本几乎可以忽略不计。
那么消费者会认同吗？他们会将CRISPR作物看成最新的“科学怪食”吗？就是那些因插入外源（并且具有农业经济学效益的）DNA而得到的“非天然”食物，他们会不会认为这些食物对人类或环境具有不可预测的后果？CRISPR技术只是刚开始应用于粮食作物改良，因此有许多问题还并未摆到公众面前，但是公众迟早会对这些问题有所了解。农民将会是最早参与进来的公众群体。
CRISPR是过去半个世纪中最强大的生物研究工具，基因组编辑蘑菇就是其中一例明证。由于这些遗传改变并没有涉及任何外源基因的引入，因此美国农业部动植物卫生检验局（APHIS）在2014年作出决定，认为这些基因组编辑作物并不需要被当成转基因作物来进行监管。“美国农业部已经批准了一个马铃薯和两个大豆品种的种植，因此被批准的马铃薯和其中一种大豆已经开始田间种植了。”福亚塔斯说：“他们现在已经认定这些基因组编辑作物是普普通通的植物，与那些通过化学诱变或是伽马射线诱变或是那些不受监管的技术产生的植物一样。目前的事实是，一旦我们获得批准，几乎可以直接将产品从温室里种植到大田中，这是一个巨大的进步，可以极大地加速我们产品的研发过程。”