小麥（Triticum aestivum）是全球種植和消費(fèi)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(chǎn)量成為一個巨大的挑戰(zhàn)。通過傳統(tǒng)育種方法在小麥新種質(zhì)開發(fā)上取得了一定的進(jìn)展，但存在勞動密集和耗時等問題。且近年來小麥產(chǎn)量潛力趨于平穩(wěn)，因此需要新型技術(shù)手段應(yīng)用于小麥育種。CRISPR/Cas基因組編輯技術(shù)因其精確高效的基因組編輯能力已應(yīng)用于包括小麥在內(nèi)的多種作物中。2023年9月21日，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究中心在Journal of Genetics and Genomics在線發(fā)表題為“CRISPR-mediated acceleration of wheat improvement: advances and perspectives”的綜述論文。該綜述系統(tǒng)性介紹了小麥中CRISPR基因組編輯技術(shù)的開發(fā)和優(yōu)化現(xiàn)狀，重點(diǎn)闡述了小麥中CRISPR基因組編輯技術(shù)的工作流程和關(guān)鍵步驟相關(guān)研究，并總結(jié)和討論了CRISPR技術(shù)在小麥遺傳育種改良上的應(yīng)用進(jìn)展和未來發(fā)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(shù)工具的特點(diǎn)和應(yīng)用優(yōu)化進(jìn)展，主要包括CRISPR/Cas系統(tǒng)（Cas9，Cas12a），堿基編輯（Base editing）系統(tǒng)，先導(dǎo)編輯系統(tǒng)（Prime editing, PE）和多重基因組編輯技術(shù)。接下來，該綜述對CRISPR編輯技術(shù)的主要工作流程作簡要介紹，包括sgRNA的設(shè)計(jì)、編輯元件導(dǎo)入、組織再生和無轉(zhuǎn)基因的基因編輯株系分離，并重點(diǎn)闡述了關(guān)鍵技術(shù)步驟的基本準(zhǔn)則和技術(shù)進(jìn)展。最后，該綜述系統(tǒng)總結(jié)了近年來CRISPR技術(shù)在提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)、抵抗生物和非生物脅迫、抗除草劑、誘導(dǎo)雄性不育和單倍體系、抗穗發(fā)芽等小麥遺傳改良中的應(yīng)用及進(jìn)展（圖1A），并討論了小麥基因組編輯技術(shù)面臨的需求挑戰(zhàn)和發(fā)展前景，包括誘導(dǎo)染色體結(jié)構(gòu)變異、提高遺傳轉(zhuǎn)化效率、疊加優(yōu)質(zhì)農(nóng)藝性狀、利用野生小麥種質(zhì)資源、創(chuàng)制小麥大規(guī)模突變體庫并用于篩選優(yōu)質(zhì)等位變異等（圖1B）。
圖1 基于基因組編輯的小麥改良進(jìn)展與展望（A：CRISPR/Cas在小麥改良中的研究進(jìn)展；B：CRISPR/Cas在小麥改良中的應(yīng)用前景）最后該綜述總結(jié)，與傳統(tǒng)育種方法和轉(zhuǎn)基因技術(shù)相比，CRISPR/Cas系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)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(dāng)與全基因組選擇、高通量表型、擴(kuò)展組學(xué)數(shù)據(jù)和人工智能相結(jié)合時，基因組編輯有可能在農(nóng)業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。
—— 參考文獻(xiàn) ——
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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