四、近年來基因編輯為最受重視之精準育種新興技術，提供育種者以更精準快速方式獲得新品種。(a)請寫出基因編輯之定義。(b)基因編輯利用 DNA 雙股斷裂時細胞之修復機制，來製造目標之突變，此修復機制包括同源 重組（homology-directed recombination, HDR）及非同源性末端接合（non- homologous end joining, NHEJ）等機制，請說明之。（20 分）

基因編輯係指利用人工設計的位點特異性核酸切割酶（Site-Specific Nucleases, SSNs），如 CRISPR/Cas9、TALENs 或 ZFNs 等工具，精準定位並切割生物體基因體中特定目標位點的 DNA，造成 DNA 雙股斷裂（Double-Strand Breaks, DSBs），進而誘發細胞啟動內源性的 DNA 修復機制，以達成在目標位點上發生特定鹼基的插入（Insertion）、缺失（Deletion）、替換（Substitution）或外源基因定點整合（Knock-in）的定點基因改造技術。

​DNA 雙股斷裂之修復機制：NHEJ 與 HDR

​當基因編輯工具在目標 DNA 位點造成雙股斷裂（DSB）後，細胞會主要透過以下兩種途徑進行修復，從而製造目標突變：

​1. 非同源性末端接合（Non-Homologous End Joining, NHEJ）

• ​修復機制與原理： NHEJ 是細胞內最普遍且佔優勢的 DNA 雙股斷裂修復途徑。此機制無需同源 DNA 模版（Repair template），而是直接由細胞內的修復蛋白將斷裂的 DNA 兩端銜接並修復在一起。
• ​突變產生與育種應用： 由於 NHEJ 的修復過程極易出錯（Error-prone），在接合過程中常會在斷裂位點隨機產生少數鹼基的插入或缺失（Indels）。若此突變發生於基因的編碼區（Exon），常會導致閱讀框移位（Frameshift mutation）或提前出現終止密碼子，進而使該目標基因喪失功能（Gene Knockout / 基因敲除）。此機制極適合用於剔除不利的農藝性狀基因或感病基因。

​2. 同源重組修復（Homology-Directed Recombination, HDR）

• ​修復機制與原理： HDR 是一種精準且無錯（Error-free）的高保真度修復途徑。該機制必須依賴帶有目標位點兩端同源序列的 DNA 模版（如細胞內姊妹染色分體或人工外源供體 DNA 模版），以該模版作為複製依據來修復斷裂區域。
• ​突變產生與育種應用： 若在進行基因編輯時，同時向細胞內提供人工設計的外源供體 DNA（Donor DNA），細胞的 HDR 機制便會利用此模版進行修復，進而達成在目標位點進行單鹼基精準替換（Gene Correction）或外源優良基因的定點插入（Gene Knock-in）。此機制可用於精準修飾關鍵蛋白質位點或精準導入目標基因。