为满足全球粮食需求，针对更高环境胁迫耐受性、除草剂耐受性、营养强化、抗病性以及用于碳管理的碳封存而进行基因工程改造的作物至关重要。基因编辑技术似乎比传统育种方法提供了更快、更容易的适应途径。然而，为了产生可跨代遗传的预期遗传编辑，基因编辑机制必须被递送到适当的植物组织。在哺乳动物中，递送系统变得越来越复杂，在免疫原性、靶向精确度和效率方面持续改进1。然而，植物具有独特的物理屏障，拥有不同的运输系统（木质部和韧皮部），且处于持续的环境胁迫之下。像脂质纳米颗粒（LNPs）这样的哺乳动物递送系统是针对组织特异性屏障优化的2，无法穿透植物细胞壁。此外，人类组织的基因编辑仅限于体细胞，以最小化安全隐患。而在植物中，情况恰恰相反：为了可遗传性，递送系统必须能够到达生殖组织，或者必须直接将编辑试剂应用于这些细胞。

培养用于转化的植物需要时间。最常见的方法是Agrobacterium（农杆菌）介导的转化，即一种天然病原体将含有编辑构建体的 DNA 转移进一团未分化的植物细胞，称为愈伤组织。可以对愈伤组织进行筛选，找出成功编辑的细胞，这些细胞可以在适当的培养条件下再生为完整植株。偶尔，也可以转化其他组织，如生长分生组织或未成熟胚，而不是愈伤组织。作为Agrobacterium介导转化的替代方案，DNA 被附着在微小的金颗粒上，通过细胞壁和细胞膜物理轰击进入植物细胞，但使用此方法进行的 DNA 整合可能是随机的，并且在过程中许多细胞受损或死亡3。其他方法，如病毒递送或缺乏细胞壁的编辑原生质体的再生，在很大程度上依赖于基于组织培养或转基因的中间体，这通常耗时费力，取决于基因型和物种，并受限于植物再生困难或病毒宿主范围的限制4。

植物种类繁多的多样性是另一个限制因素。正如在哺乳动物组织递送中一样，适用于一种植物的方法可能不适用于另一种植物。对于植物而言，必须靶向生殖细胞或分生组织，理想情况下是以不受物种限制的方式。同样，正如在哺乳动物细胞中一样，编辑需要高效、快速且大规模地完成。

近期无需细胞培养和转基因的“植株内”方法避免了耗时的组织培养再生步骤，并在加速可遗传编辑方面引起了广泛兴趣。在这些方法中，发育调节因子与基因编辑试剂共同递送，以诱导新的茎尖分生组织，并在完整植株中实现可遗传的基因组编辑5。另一种最近发表的方法将转基因砧木嫁接到野生型接穗上，一步生成不含转基因的后代6。尽管在烟草、番茄、马铃薯和葡萄（以及 2025 年的大豆）中的应用取得了成功，但这种作物工程工作流程尚未成为常规操作5。

另一种近期的植株内方法，病毒诱导基因组编辑（VIGE），利用病毒载体将基因编辑 CRISPR 组件瞬时直接递送至植物细胞，具有高编辑效率且无需组织培养中间体7,8,9。常用于 VIGE 的病毒无法适用于所有植物，目前该技术也不具备可扩展性。尽管扩大哺乳动物病毒的宿主范围通常需要改变细胞进入病毒受体结合（嗜性），但扩大植物病毒的宿主范围可能更多取决于克服与复制、系统性传播和宿主 - 病毒分子相容性相关的限制。VIGE 方法在双子叶植物中效果良好，但由于病毒载体工具包有限，在稻、小麦等主要单子叶作物中的应用仍更具挑战性8。此外，病毒必须接触植物生殖细胞并将有效载荷递送至分生组织。很难找到一种广泛适用的病毒，能对多种作物和培养植物起作用。添加 RNA 移动性序列有助于移动有效载荷，但无法移动病毒本身10。削弱植物免疫可以让病毒更好地进入植物细胞，从而提高递送效率11，但植物特有的机制和物理屏障并不容易克服。

在植物中使用病毒作为递送技术也会带来监管挑战。在食品供应链中使用感染性病原体需要严格证明工程病毒不会获得非预期特性、危害非目标物种或造成新的生态风险。解决这些监管问题对于此类方法的更广泛采用至关重要。作为替代方案，可以对已知存在安全风险的现有病毒载体进行工程改造，借鉴公认的工程原则来扩大其在植物中的宿主嗜性。

脂质纳米颗粒（LNPs）已经改变了人类治疗性基因组编辑领域，但其在植物中的应用仍远未成熟。LNPs 和病毒样颗粒已知可以在哺乳动物细胞中携带较大的编辑机制，例如先导编辑和碱基编辑所需的机制，并且在植物中也可以进行功能化。LNPs 需要克服几个屏障，包括运输到目标组织、穿过细胞壁、细胞摄取和胞内有效载荷释放。功能化溶菌酶的纳米片已被用于松动目标植物的细胞壁并递送 RNA 有效载荷和质粒 DNA，证明了在番茄中向生殖组织（花粉）的递送。然而，这仅限于 GFP 核酸递送；并未递送编辑机制以实现可遗传的基因组编辑12。

植物生物技术公司似乎在投资先进的无转基因和无细胞培养方法与更传统的转化途径之间寻求平衡。Terrana Biosciences 正在向植物中引入工程化的自我复制原生植物 RNA，这些 RNA 可能在植物中移动并递送信息或所需性状，避免了传统方法的再生瓶颈。合成潜伏 RNA 可以通过玉米、灯笼椒和扁桃的种子运输。Qi Biodesign 也在研究基于 RNA 的嫁接方法以及包括直接和瞬时蛋白递送至番茄等植物分生组织在内的替代方法。Vireo 直接在温室中使用萌发生长修改植物，同样消除了组织培养的需求，同时仍能编辑可以产生新芽的细胞。然而，这些技术都需要针对每个物种进行个体化的适应和优化，并非通用解决方案。

考虑到挑战的规模以及节省时间进步可能带来的益处，植物递送系统的活跃程度与哺乳动物系统相比似乎显得温和。当然，在实验室基因型中表现高效的植物转化方法，当应用于精英商业品种时，效率通常会大幅下降，甚至可能完全失败，这是因为转化和再生过程存在强烈的基因型依赖性。这可能限制了其更广泛的采用。但对于哺乳动物基因编辑技术也是如此。如今，各国对植物无转基因方法的监管要求各不相同，并且为了跟上进步的步伐，这些要求也在不断修改中。

植物基因编辑似乎不再主要受限于编辑机制本身，而是受限于将其递送的能力。如果该领域继续改进编辑器而让递送方式基本保持不变，基因编辑的实际应用范围将仍然受限于转化生物学。但如果递送也成为创新的明确目标，那么可以被工程改造的植物种类——以及可以处理的性状——可能会 dramatically 扩展。