JGG—綜述CRISPR加速小麥遺傳改良研究進展

瀏覽次數：1338　發布日期：2023-10-17　來源：本站　僅供參考，謝絕轉載，否則責任自負

JGG｜中國農大研究團隊綜述CRISPR加速小麥遺傳改良研究進展

小麥（Triticum aestivum）是全球種植和消費最廣泛的作物之一，但面臨有限的耕地面積和氣候變化，維持和增加小麥產量成為一個巨大的挑戰。通過傳統育種方法在小麥新種質開發上取得了一定的進展，但存在勞動密集和耗時等問題。且近年來小麥產量潛力趨于平穩，因此需要新型技術手段應用于小麥育種。CRISPR/Cas基因組編輯技術因其精確高效的基因組編輯能力已應用于包括小麥在內的多種作物中。

2023年9月21日，中國農業大學小麥研究中心在Journal of Genetics and Genomics在線發表題為“CRISPR-mediated acceleration of wheat improvement: advances and perspectives”的綜述論文。該綜述系統性介紹了小麥中CRISPR基因組編輯技術的開發和優化現狀，重點闡述了小麥中CRISPR基因組編輯技術的工作流程和關鍵步驟相關研究，并總結和討論了CRISPR技術在小麥遺傳育種改良上的應用進展和未來發展方向。

該綜述首先全面介紹了適用于小麥的多種基因組編輯技術工具的特點和應用優化進展，主要包括CRISPR/Cas系統（Cas9，Cas12a），堿基編輯（Base editing）系統，先導編輯系統（Prime editing, PE）和多重基因組編輯技術。接下來，該綜述對CRISPR編輯技術的主要工作流程作簡要介紹，包括sgRNA的設計、編輯元件導入、組織再生和無轉基因的基因編輯株系分離，并重點闡述了關鍵技術步驟的基本準則和技術進展。最后，該綜述系統總結了近年來CRISPR技術在提高產量、改善品質、抵抗生物和非生物脅迫、抗除草劑、誘導雄性不育和單倍體系、抗穗發芽等小麥遺傳改良中的應用及進展（圖1A），并討論了小麥基因組編輯技術面臨的需求挑戰和發展前景，包括誘導染色體結構變異、提高遺傳轉化效率、疊加優質農藝性狀、利用野生小麥種質資源、創制小麥大規模突變體庫并用于篩選優質等位變異等（圖1B）。

圖1 基于基因組編輯的小麥改良進展與展望（A）CRISPR/Cas在小麥改良中的研究進展；（B）CRISPR/Cas在小麥改良中的應用前景

最后該綜述總結，與傳統育種方法和轉基因技術相比，CRISPR/Cas系統在實現有針對性的作物改良方面具有更高的成本效益、速度和精度。當與全基因組選擇、高通量表型、擴展組學數據和人工智能相結合時，基因組編輯有可能在農業中得到廣泛應用。

—— 參考文獻 ——

Zhou X, Zhao Y, Ni P, et al. CRISPR-mediated acceleration of wheat improvement: advances and perspectives[J]. Journal of Genetics and Genomics, 2023.

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