众所周知，由于栖息地破坏或过度开发植物物种正在以前所未有的速度下降，近期研究发现种子植物物种的年消失率为背景灭绝率的500倍，因此，迫切需要新技术，新方法用于植物物种保护。然而经典的保护遗传学通过解析濒危物种的遗传变异模式尝试理解物种的濒危机制并制定监测和保护技术，尽管在物种的保护和恢复中起到了重要作用，但是针对那些种群数量极小，极度濒危的物种保护仍有困难，亟需能够操控基因组的新技术。
目前， 基因编辑技术因其设计简单、成本低廉、可介导特定位点基因组工程以及能够提供无转基因编辑的能力而被广泛用于改善作物的性状和模式植物的基因功能研究。多重基因编辑提供可同时操控多个位点的优势，显著减少了生成具有多种有利突变的变体所需的时间。然而，迄今为止基因编辑技术多用于模式植物或作物研究中，鲜有在濒危物种保护中的探索。传统的原地保护、迁地保护和物种回归等保护措施亟需引入最新的保护方法。北京林业大学生态与自然保护学院杜芳教授和草业与草原学院尹康权青年研究员共同开展合作研究，分析了目前已经全基因组测序的濒危植物。令人鼓舞的是，在已完成测序的64个受威胁物种中，有23个物种进行了基因编辑实验，使用了再生、转化和目标基因编辑等技术。值得一提的是，其中七个物种通过农杆菌或基因枪成功递送了基因编辑工具，尽管效率有所不同。这表明，基因编辑技术有望为植物保护开辟新的方向。
作者进一步概述了基因编辑在植物保护中的应用前景（图 1），包括通过编辑增强野生植物的抗病性，提高植物对极端气候的耐受性，修正有害突变等。 此外，基因编辑技术还有望在吸引传粉者、抑制有害微生物和促进与有益微生物共生方面发挥作用。作者同时指出，基因编辑在物种保护中也面临挑战，特别是将基因组编辑植物释放到自然生态系统时，需要进行仔细的生态风险评估，以防止对生物多样性产生意外后果。
图1.利用 基因编辑开展植物保护的路线图
此外，作者还强调，现行的监管障碍可能阻碍基因编辑植物在保护中的实际应用。现阶段，在多样化植物物种中，尤其是那些拥有复杂基因组的物种，实现高效的基因编辑仍是技术上的一大挑战。尽管如此，基因编辑技术并非万能，但它为植物保护提供了新思路。通过将基因编辑与传统的保护策略结合，研究人员和保护从业者能够开发出更加有效的手段，以保护植物的生物多样性。
图2. 基因组编辑在植物保护中的潜在应用
该论文的构思源于作者在2020年武汉野外考察期间，与北京林业大学李俊清教授、中国林科院臧润国教授、杭州师范大学董鸣教授等专家的讨论。论文在写作过程中多次与中科院植物研究所罗毅波研究员交流，并以兰花为例进行阐述。该论文于2024年10月发表在国际知名期刊《Genome Biology》上（五年影响因子16）。
北京林业大学草业与草原学院的尹康权青年研究员为论文的第一作者和通讯作者，北京林业大学生态与自然保护学院的杜芳教授为共同通讯作者，韩国忠南国立大学和庆尚国立大学的研究人员为共同作者。 尹康权的研究方向是基因组编辑技术及其应用。杜芳的研究领域为生态学，近15年来，她以栎类为研究模式，探索物种生态适应的过程与机理。该论文得到了国家重点研发计划重点专项课题 “野生动物植物评估与保护关键区域识别技术”（批准号：2022YFF1301401），国家自然科学基金（批准号：42071060）和内蒙古自治区揭榜挂帅计划等项目的资助。
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