综述：提高水稻对热胁迫的耐受性：CRISPR/Cas9基因编辑技术的启示

《Rice Science》：Advancing Rice Resilience to Heat Stress: Insights from CRISPR/Cas9 Genome Editing

　　

Zakirullah Khan | Rahmatullah Jan | Saleem Asif | Hayati Aulia Maharani | Muhammad Farooq | Kyung-Min Kim

韩国大邱庆北国立大学研究生院应用生物科学系，41566

摘要

在生殖阶段，热应激仍然是影响水稻产量和籽粒品质的最关键因素之一。然而，由于耐热性的复杂多基因特性以及漫长的育种周期，培育耐热品种的进展较为缓慢。尽管通过传统育种方法取得了一些进展，但当温度超过35°C时，仍会导致严重的产量损失、小穗不育和品质下降。CRISPR/Cas基因组编辑技术的出现为研究热应激机制和加速耐热水稻的培育提供了精确高效的平台。最近的CRISPR/Cas9研究验证并编辑了与钙信号传导、激素途径、生殖过程、光合作用、活性氧平衡及转录调控相关的关键基因，例如OsCNGC14/16、OsNCED1、OsSPL7和OsHSP60-3b。除了提高抗逆性外，基因组编辑还通过靶向GS3、GW3、Gn1a和OsSPL16等基因，改善了籽粒大小、穗结构和小穗数量等主要产量指标，使籽粒重量增加了28%–40%，穗性状提高了15%–25%，同时提升了籽粒品质。目前仍存在的挑战包括脱靶效应、基因型依赖性、有限的田间验证以及监管限制，这些问题正在通过使用高保真度的Cas变体、优化的sgRNA设计、无DNA编辑技术以及与基因组选择和快速育种方法的结合来加以解决。本文综述了水稻热应激生物学及CRISPR/Cas应用方面的最新进展，并探讨了在碱基编辑、主要编辑、转录重编程、多重基因组工程及田间应用方面的未来发展方向。