综述：通过合成生物学培育下一代作物：基因组编辑、代谢重编程与抗逆性方面的创新

《Journal of Plant Biochemistry and Biotechnology》：Engineering next-generation crops through synthetic biology: innovations in genome editing, metabolic reprogramming and stress resilience

全球农业正日益面临气候变化、耕地减少、人口增长带来的压力以及生物与非生物胁迫不断加剧的挑战，亟需发展下一代可持续作物改良策略。传统育种和转基因方法通过提高生物量、改善收获指数和生殖效率，在增强产量、胁迫抗性、营养品质和抗病性方面显著提升了作物表现。然而，这些方法在精确性、速度和多性状整合方面的局限性，推动了合成生物学作为先进工程驱动框架在作物改良中的应用。合成生物学整合了分子生物学、计算设计、基因组工程、代谢通路重建和系统生物学，以开发具有更高生产力、更强抗逆性和更优营养品质的可编程植物系统。本综述全面探讨了主要合成生物学工具，包括基于CRISPR/Cas的基因组编辑、碱基编辑和先导编辑、合成启动子、调控网络、基因回路、代谢工程、从头基因组合成、蛋白质工程以及"设计-构建-测试-学习"（DBTL）框架，以实现精确的性状操控。综述特别强调了通过重新构建胁迫响应通路、渗透调节物质生物合成、抗氧化防御系统、离子运输机制和植物-微生物组互作来工程化增强作物对干旱、高温、盐分及土壤相关胁迫的耐受性。此外，综述还重点介绍了多路复用基因组编辑、合成染色体、生物传感器以及面向气候韧性作物的多性状工程方面的最新突破。综述还批判性地审视了现有挑战，包括代谢负担、遗传不稳定性、生物安全性问题、监管复杂性和公众接受度障碍。总体而言，合成生物学代表了一种变革性的范式，能够重新设计作物系统，以在快速变化的全球环境条件下增强抗逆性、稳定产量并实现可持续农业生产。