基因编辑，又称基因组编辑或基因组工程，是指通过核酸酶对靶基因进行定点改造，实现特定DNA的定点敲除、敲入以及突变等，最终下调或上调基因的表达，以使个体获得新表型的一种新型技术，通过基因编辑技术可以精确定位到基因组的某一位点，并在这个位点上剪断靶标片段并导入突变或插入新的基因片段，此过程模拟基因的自然突变，有效避免自然选择的不确定性，提高选育速度和稳定性，基因编辑技术已被广泛运用于基因结构与功能的研究和多种细胞的基因工程改造，为疾病模型的建立、动植物新品种培育及基因治疗等研究提供新的手段，是多学科的通用技术。
锌指核酸酶(zinc-fingernuclease，ZFN)技术，是指通过加工改造ZFN的锌指DNA结合域，靶向定位于不同的DNA序列，从而使ZFN可以结合复杂基因组中的目的序列，并由DNA切割域进行特异性切割，锌指结构首次在非洲爪蟾转录因子TFⅢA中被发现，Bibikova等构建了1个ZFN特异识别的靶基因质粒载体，将该方法应用于果蝇基因组靶向敲除的研究，证明ZFN可用于转基因动物的研究中，研究人员采用ZFN技术，创建了带有永久性、可遗传的基因突变大鼠，开发出含有人类疾病的新型基因工程动物模型，Xiao等利用玉米Ac/Ds转座子系统制造双链断裂端口，使染色体内同源重组率提高了1000倍，为ZFN技术在植物中的应用提供了可靠的基础，21世纪初，ZFN在大量人类疾病研究、以及多种动植物的同源重组修复中发挥了重要的作用，但特异性ZFN的构建需要高度专业知识和重复验证过程，且其非特异性切割导致的细胞毒性较大，因此并不是大部分研究者的首选技术。
转录激活样效应因子核酸酶(transcriptionactivator-likeeffectornuclease，TALEN)技术，是指将转录激活样效应因子(transcriptionactivator-likeeffector，TALE)应用于基因编辑，是一种比ZFN更容易设计、特异性更高和毒性更低的人工核酸内切酶技术。TALE最初是在植物病原菌的黄单胞杆菌中被发现，自2010年底开始成功应用于基因编辑，基于TALE结构的人工核酸内切酶已经成功应用于芽殖酵母、果蝇、斑马鱼、线虫、大鼠、水稻、蟋蟀、家蚕、非洲爪蟾、热带爪蟾、猪、牛和拟南芥等物种，以及体外培养的哺乳动物细胞。由于单个TALEN模块进行组装需要大量的分子克隆和测序操作，大部分实验室都难以自行完成TALEN技术的完整操作，因此推广难度较大。
规律成簇的间隔短回文重复序列及其相关系统(clusteredregularlyinterspacedshortpalindromicrepeats/CRISPR-associated，CRISPR/Cas)，是最新出现的一种基因编辑工具，它能够完成RNA导向的DNA识别及编辑，最早是在细菌的天然免疫系统内发现的。2013年，研究者成功地利用CRISPR/Cas系统在小鼠、人等高等动物细胞中实现了基因改造操作。目前，CRISPR/Cas技术在人类疾病研究、模式生物模型构建、微生物和植物等研究领域的应用已得到普遍认可。CRISPR核酸酶的精确度与TALEN相比略低，但在人工构建和效率方面具有明显的优势，因此具有更强的适用推广性。SciVal科研管理分析工具是由爱思唯尔(Elsevier)推出的科研管理、学科分析、人才绩效分析工具，对来自Scopus(全球最大的同行评审期刊文摘和引文数据库)的数据进行分析、比较，主要包含5个模块:概览(overview)、对标(benchmarking)、合作(collabration)、趋势分析(trends)和研究报告(reporting)。与基于共被引分析、文献耦合以及以高被引论文构建本地子集的传统方式相比，SciVal数据平台识别出的研究主题精确性和稳定性更佳，更适合描述和发现那些不能提前预知的突发主题。本文基于文献计量学的理论和方法，运用Scopus数据库，对2014年1月—2020年6月的基因编辑学领域学术产出的论文数量、引用次数、篇均引用量、全球高被引TOP10%论文、科研团队、科研机构等指标进行大数据量化统计，运用SciVal进行可视化分析，发现基因编辑研究热度为99.9%，在热词库中排名第25，属于研究热度非常高的研究方向，因此分析基因编辑领域研究现状，了解其研究热度及趋势，有助于高效追踪基因编辑研究的发展态势，为基因编辑学发展提供参考。
讨论
基因编辑技术的发展主要经历3个阶段，分别是第1代ZFN、第2代TALEN和第3代CRISPR/Cas，CRISPR/Cas以其试验操作简单、高效切割靶位点等优势，迅速取代了前2代基因编辑技术。ZFN技术在2013年达到一个发文量的小高峰，2013年以后缓慢下降ꎻTALEN技术经历了2012年到2016年的快速发展期，在2016年到达顶峰之后开始快速下降ꎻCRISPR/Cas技术于2013年起快速发展，到2019年仍然保持较高的增长率，从发文数量上也说明CRISPR/Cas技术正逐渐取代ZFN和TALEN技术，成为基因编辑领域的主要技术。
基因编辑研究覆盖学科相对广泛，基本涉及生命科学的所有领域，同时正逐步向理学、工学等工科领域辐射。基因编辑技术的快速发展，使对基因的定向修饰更为简便有效，给靶向治疗、动植物遗传育种、新蛋白制造和药物研发等领域带来颠覆性创新，极大扩展了从基础生物学到生物技术和医学的应用范围。目前应用于动物领域的基因编辑研究，主要以鼠、斑马鱼、果蝇、猪及线虫等为研究对象，以建立模型为主，为研究病毒致病机制、新型疫苗以及抗病毒药物研发等提供强有力的工具。在植物上应用相对较晚，以水稻的研究居多，主要应用于品种改良，提高产量、质量和营养价值，引入或增强对生物和非生物胁迫的耐受性等应用。利用CRISPR/Cas基因编辑技术定点改造关键功能基因，从而对植物的目标性状进行精准改良，有望显著提高定向遗传改良的效率。总体来看，现阶段基因编辑技术在农业领域的论文产出量占其全部学术产出量的比例小于10%。除了疾病诊疗外，CRISPR/Cas技术在农业的应用前景很值得期待，未来基因编辑技术将会在植物基因工程育种研究领域发挥更为广泛而重要的作用。
基因编辑技术在人、动物、植物上的应用是通用的，是一种可以广泛使用的生物技术，且基因编辑技术在动物领域的更新换代速度较之人及植物领域更快。医学上，利用CRISPR/Cas对靶基因进行切割，进而通过供体DNA模板介导的同源重组修复机制来实现精准基因编辑，用于肿瘤和免疫相关研究。近期国际顶级期刊Science刊发了利用CRISPR激活筛选乳腺肿瘤细胞(CTC)的整个基因组的文章，发现促进癌症扩散的基因，并利用一种核糖体抑制剂和一种癌细胞生长抑制剂组成的靶向药物组合，对血液中循环肿瘤有较大的抑制作用，该发现为延缓或阻止癌症转移具有重要科学价值。Das等研究发现，使用基因编辑技术和体细胞核转移技术改造ETV2基因缺陷的猪胚胎，进行人体器官培育，可降低人体移植产生排斥反应的可能性。CRISPR/Cas基因编辑技术为改变、调节和可视化基因组提供了一种易用和适应性强的手段，基因编辑技术将为人类医学和生命科学的快速发展提供重要助力。在动物、植物和医学领域，CRISPR/Cas技术依然存在因编辑效率、靶向特异性、脱靶、系统递送效率等问题。针对此类问题，Klompe等发明INTEGRATE技术，利用细菌跳跃基因将DNA序列准确插入基因组而不切割DNA，提高了靶向特异性，Wang等开发了CRISPRLiveFISH的多功能成像技术，可以在活细胞中实现实时观测基因组编辑的动态变化ꎻAnzalone等开发了一种全新的精准基因编辑工具———先导编辑(PrimeEditor)，无需依赖DNA模板便可有效实现所有12种单碱基的自由转换，而且还能有效实现多碱基的精准插入与删除，降低脱靶编辑风险。期待在未来的研究中，CRISPR/Cas技术存在的靶向特异性、脱靶等问题能够得到更好解决。
CRISPR/Cas技术虽然能精确编辑细胞核中的DNA，但却不能编辑线粒体中的DNA。Mok等通过研究细菌攻击其他细菌的毒素，找到一种直接作用于双链DNA的脱氨酶，解决无法在线粒体内获得CRISPR向导的难题，实现对线粒体基因的精确编辑，这将为研究和治疗线粒体遗传病提供新的思路与工具。目前相关技术尚未得到广泛应用，期待这项技术能够得到更多科学家的关注与研究，也期待基因编辑技术的快速发展能为人类医学和生命科学的发展发挥更大作用。
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