综述：利用CRISPR技术实现功能基因组学研究，提升植物对非生物和生物胁迫的耐受性：一篇综合综述

《Functional & Integrative Genomics》：CRISPR-enabled functional genomics for bolstering plant tolerance to abiotic and biotic stress; a comprehensive review

　　

摘要

气候变化加剧了包括盐分、干旱和极端温度在内的非生物胁迫，同时还存在病原体和害虫等生物威胁，这些因素共同降低了全球作物的生产力并威胁粮食安全。仅盐分和干旱就影响了20%至50%的灌溉土壤，有预测称到本世纪中叶，全球近一半的农田可能会变成盐碱地。传统的育种方法以及早期的基因组编辑工具——锌指核酸酶和转录激活因子样效应核酸酶，都受到遗传多样性限制、技术复杂性以及性状引入速度慢的制约。而CRISPR-Cas9系统作为一种具有革命性的技术平台，凭借更高的精确度、效率、可扩展性和经济性，为作物改良提供了可能。本文系统探讨了CRISPR-Cas9如何通过基因敲除和基因敲入策略，在水稻、小麦、玉米、番茄和大麦等主要作物中实现抗逆性状的定向改造。其应用包括编辑转录因子（如ART1、DRO1、OsDST）以提高作物对干旱和盐分的耐受性，改造转运蛋白基因（如OsHMA2、OsNramp5）以帮助作物解毒重金属，以及破坏易感基因（如MLO、OsERF922、CsLOB1）以增强作物对多种病害和害虫的抵抗力。除了直接编辑外，本文还强调了功能基因组学、多组学整合以及高通量表型分析等技术与之的协同作用，这些手段有助于加快目标基因的发现与验证。文中特别提到了基于纳米生物技术的CRISPR递送系统，如脂质纳米颗粒、外泌体以及经过设计的纳米载体，这类技术能够突破植物细胞壁这一植物遗传转化过程中的重大障碍。这些平台可以实现高效且与基因型无关的核糖核蛋白复合物递送，从而无需DNA即可进行编辑，为可持续的作物保护提供可能。通过将基于CRISPR的精准技术与纳米递送技术和分子育种进展相结合，本文为培育具有气候适应性、高产且营养价值更高的作物提供了发展路径，以保障全球农业的可持续发展。

图表摘要