优良的种子资源是作物优质高产的重要基础,但因传统育种技术存在周期长、工作量大等劣势，基因编辑技术已成为当前作物遗传改良研究中的重要途径。随着以CRISPR/Cas9为代表的基因编辑技术在作物遗传育种研究中的应用，让前期许多棘手的问题迎刃而解。

CRISPR/Cas9基因编辑技术自诞生以来, 凭借其无与伦比的编辑优势, 迅速成为生物学领域中的强大工具。相较于作物的传统育种方式, 基因编辑育种具有精准、高效、成本低和周期短等多方面优点, 且其本质上类似于辐射或化学诱变育种, 但又能实现定向设计的分子育种。目前已成功在水稻、小麦、番茄(Solanum lycopersicum)、玉米、大豆(Glycine max)和甘蓝型油菜(Brassica napus)等多种作物中取得了较好的应用(表1)。CRISPR/Cas9基因编辑技术以前所未有的速度和效率打破了传统育种的瓶颈，它凭借精准的编辑引入功能性突变, 删除产生不良性状的基因序列, 从而改良作物品质，增强作物抗病能力, 提高其抗逆性与产量, 甚至可对野生种质资源进行从头驯化(de novo domestication) 。

表1碱基编辑器在作物中的应用

1、提高抗除草剂能力

借助CRISPR/Cas9可以快速、精确地针对作物抗除草剂相关基因进行编辑, 从而更直接有效地提高作物 的抗除草剂能力。

2、增强抗病能力

以水稻为例，水稻中存在能够促进病原菌感染或提高菌株相容性的内源基因, 此类基因被认为是易感基因,利用 CRISPR/Cas9直接破坏水稻易感基因的表达,是提高水稻抗病能力的快捷有效方法之一。

3、作物增产

传统观点认为,作物的产量与抗病性之间存在“鱼与熊掌不可兼得”的情况, 一方的表达往往会导致另一方的负面表型。但以水稻为例，水稻理想株型基因OsSPL14在增产的同时又能提高稻瘟病抗性,然而该基因受到OsmiR156的负调控,利用ABEs可介导OsSPL14的DNA序列产生点突变,使其转录的 mRNA无法与OsmiR156结合, 扰乱OsmiR156对 OsSPL14的调控,使植株表型趋于理想化,进而提高水稻产量。

4、作物快速驯化

经历长期的农业发展, 人们对作物的培育主要集中在高产、营养、易熟和抗逆等方面, 在获得理想种质资源的同时, 使得主栽作物品种的遗传多样性变得匮乏, 而部分野生物种因具有较好的抗逆性或蕴含特殊的营养价值,成为新的作物选育目标。然而,通过传统的方法驯化野生物种需要投入大量的时间和精力,无法适应当下农业发展的需求。利用CRISPR/Cas9 多重编辑功能,在野生物种中对多个效益基因同时进行定向编辑,可在一个世代内实现对野生物种的改良。

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