综述：用于提升水稻耐寒性的CRISPR-Cas系统：最新进展与未来前景

《Biologia Futura》：CRISPR-Cas systems for enhancing chilling tolerance in rice: recent advances and future prospects

　　

摘要

水稻（Oryza sativa L.）是全球粮食安全中的重要粮食作物，但它极易受到冷害的影响，这会严重制约其生长、发育和产量。由于冷耐性的多基因特性及遗传复杂性，传统育种方法在提升水稻冷耐性方面存在诸多难题。本综述探讨了利用CRISPR-Cas基因组编辑技术作为提高水稻冷耐性的精准有效手段。首先，我们描述了冷害带来的生理效应，如膜流动性下降、光合作用受抑制、营养失衡以及氧化损伤，并总结了与冷耐性相关的关键分子途径和遗传物质。随后，综述介绍了CRISPR-Cas系统方面的最新进展，包括基因传递方式（农杆菌介导的转化、原生质体转染以及核糖核蛋白技术），以及这些技术在水稻基因组编辑中的应用。基于CRISPR的功能基因组学研究表明，一些响应低温的基因（OsMYB30、OsWRKY76、OsAnn3、OsPRP1和OsKASI-2）会被选择性调控，这有助于更深入地了解它们在应激信号传导、膜稳定性以及抗氧化防御中的作用。此外，我们还讨论了最新的CRISPR策略，包括多重编辑、转录重编程（CRISPRa/i）以及基于组学技术的基因网络精细调控。综合最新研究成果，本综述构建了一个概念框架，通过整合基因型特异性传递、多基因网络设计、田间验证以及不断变化的监管环境等关键要素，以克服利用CRISPR改善油料作物复杂性状的实践中的种种挑战。最后，综述指出了当前研究中的不足之处及未来发展方向，并探讨了如何运用综合CRISPR技术来培育更具气候适应能力的水稻品种。