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论文基本信息
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题目：CRISPR/Cas9基因编辑技术在植物抗病性改良中的应用综述
作者：朱宗财，王志军，高能，武冬梅
第一单位：新疆农垦科学院生物技术研究所/作物种质创新与基因资源利用兵团重点实验室
文章出处：朱宗财,王志军,高能,等.CRISPR/Cas9基因编辑技术在植物抗病性改良中的应用综述[J].江苏农业科学,2024,52(3):1-11.
02
文章介绍
研究背景
植物病害是影响作物生长和全球粮食安全的重要因素，可导致作物减产约20%。化学药剂能一定程度上降低病害危害，但其对人类健康和自然环境存在潜在风险。目前植物病害防治仍以化学防治为主。因此，培育优良抗病品种成为最优策略。其中，分子育种特别是利用CRISPR/Cas9基因编辑技术的精准育种，因其能实现定向设计和操作，成为培育抗病品种的重要技术手段。CRISPR/Cas9系统能够精准修饰生物体基因组特定目标基因，在农业等领域有广泛应用。
研究内容
1
CRISPR/Cas9系统
CRISPR/Cas9系统是一种RNA介导的适应性防御系统，广泛存在于原核生物中，分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。其中，Ⅱ型CRISPR/Cas9系统通过RNA引导的内切酶Cas9及crRNA和tracrRNA复合体识别并剪切靶标DNA。该系统因简单、高效、稳定的特点，被广泛应用于基因编辑，如基因敲除、内源基因表达调控等。在植物中，CRISPR/Cas9技术可用于拟南芥、水稻、小麦等植物基因组的定向编辑，包括基因敲除、敲入等，且能实现多靶标编辑。此外，该技术还开始应用于植物与病原物互作研究，对提高植物抗病性有重大意义。
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2
CRISPR/Cas9系统在植物抗真菌中的
应用
CRISPR/Cas9基因编辑技术在植物抗真菌领域带来了巨大变革。通过编辑寄主基因，如OsERF922、Pi21和TaPsIPK1等，可提升水稻、小麦对稻瘟病、小麦条锈病等病害的抗性，且不影响主要农艺性状。在蔬菜方面，敲除番茄的miR482b和miR482c基因能提高对晚疫病的抗性。此外，CRISPR/Cas9还用于编辑真菌基因以产生抗病性，如针对小麦颖枯壳针孢、稻绿核菌属稻曲病菌、大豆疫霉和辣椒疫霉等病原体，成功实现基因缺失或突变，降低了病原体的致病性。对于尖孢镰刀菌，该技术还建立了内源性基因标记系统，为深入研究其毒力因子及发病机制提供了有力工具。
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3
CRISPR/Cas9系统在植物抗细菌中的
应用
CRISPR/Cas9系统在植物抗细菌领域的应用主要体现在编辑寄主和细菌基因2个方面。在编辑寄主基因方面，通过CRISPR/Cas9技术编辑植物的特定基因，如SlJAZ2、MdDIPM4、Os8N3、CsLOB1等，可以产生对假单胞杆菌属、梨火疫欧文氏杆菌、稻黄单胞菌白叶枯致病变种、地毯黄单胞杆菌等病原细菌的抗性，且不影响植物的农艺性状。在编辑细菌基因方面，CRISPR/Cas9技术可以高效地编辑假单胞菌属、黄褐假单胞菌、黄单胞杆菌属等病原细菌的基因，有助于研究其致病机理和宿主—病原物互作关系。此外，还针对CRISPR/Cas9技术的不足进行了改进，提高了编辑效率。
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4
CRISPR/Cas9系统在植物抗病毒中的
应用
通过编辑寄主基因，如eIF4E、AGO2和特定病毒易感基因，植物能显著增强对马铃薯Y病毒属、番茄褐色皱果病毒等多种病毒的抗性。同时，直接编辑病毒基因，如衣壳蛋白、复制蛋白和基因间隔区域，也能有效提升植物的抗病毒能力。例如，针对木尔坦棉花曲叶病毒、甜菜曲顶病毒等双生病毒，以及烟草花叶病毒、黄瓜花叶病毒等RNA病毒，CRISPR/Cas9系统均能实现有效编辑，增强植物的抗病毒特性。
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创新点
本综述系统总结了CRISPR/Cas9在植物抗真菌、细菌和病毒方面的应用，同时列举了可用于提高植物抗病性的基因位点以及真菌、细菌和病毒等病原物的致病相关基因位点编辑应用情况。
展 望
作为一种强大而通用的基因编辑和调控工具，CRISPR/Cas9基因编辑技术已经在加速各个科学领域的发展，并成为农业可持续发展的源泉。目前，基于 CRISPR/Cas9基因编辑技术的植物抗病性研究取得了一定的成果，但多数研究以室内研究为主，在田间条件下的抗病性并未经过验证，在未来应该要加强田间试验，选育稳定遗传抗病性，且不影响农艺性状的优良品系。
03
作者介绍
第一作者
朱宗财
甘肃皋兰人，硕士，助理研究员
研究领域：从事植物病理学研究，方向主要包括果蔬授粉与绿色防控。
论文专利：已在Plant Direct、植物病理学报、北方园艺等期刊共发表论文6篇；已授权专利3项，软件著作权4项。
基金项目：主持新疆生产建设兵团科技计划项目科技人才项目1项，参与新疆生产建设兵团科技计划项目3项。
通信作者
武冬梅
博士，副研究员，主要从事应用微生物学及生物技术应用研究
04
延伸阅读
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编辑丨魏天宸、王艳
制作 | 王艳
审核丨吴桂亮
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