亮点文章 | 基因编辑技术在棉花种质创新和遗传改良中的应用

文摘   科学   2024-07-15 16:57   北京  

基因编辑技术在棉花种质创新和遗传改良中的应用

侯文婷,孙琳,张艳军,董合忠

DOI: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-1054

棉花是全球重要的经济作物和纺织工业原料。棉花遗传改良和新品种选育一直是棉花产业发展的重点和难点,传统育种方法难以满足棉花生产的现实需求,而基因编辑技术为此提供了新的解决方案。CRISPR/Cas9基因编辑系统具有高效、精确和成本低廉等优点,因此被广泛运用于各个领域。就棉花而言,该技术可以针对棉花生长发育、纤维品质和抗逆性等方面的关键基因进行高精度的编辑操作,从而创造具有重要优良性状的品种或种质。

近日,《生物技术通报》在线发表了题为基因编辑技术在棉花种质创新和遗传改良中的应用》的文章本文综述了CRISPR技术在棉花遗传改良中的应用现状、存在问题及未来发展前景,以期为相关领域的研究提供参考和支持。

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本文主要包括以下几部分内容:    

1 基因编辑系统的主要种类和特点

1.1 ZFNs和TALENs基因编辑系统

1.2 CRISPR基因编辑系统

2 CRISPR/Cas9 系统在棉花中的应用

2.1 棉花抗逆性研究

2.2 棉花纤维和种子品质改良

2.3 棉花其他性状改良

3 基因编辑技术面临的挑战及展望

3.1 CRISPR/Cas9的局限和应对

3.2 基因编辑在植物中的安全性应用

3.3 展望





















棉花具有庞大且倍性复杂的基因组,含有许多高度重复的序列,这增加了准确选择目标位点的难度;同时,目前适用于棉花的基因编辑工具相对有限。为了加速基因编辑技术在棉花上的应用,未来的研究应注意以下几个方面:


一是继续开发有自主知识产权的新型基因编辑系统。目前,许多基因编辑系统的技术核心仍被国外垄断。为了促进该技术的商业化发展,应优化现有技术的操作过程,并进一步开发适用于棉花特点的具有自主知识产权的新系统,以提高编辑效率和安全性。二是进一步提高基因编辑技术的精确度。为了克服目标位点选择不准确和DNA修复导致的拼接错误等技术瓶颈,降低脱靶的概率,特别是针对棉花基因组特点进行的定制化改良。虽然目前棉花的全基因组测序工作已经完成,但仍有许多重要性状的主效基因未被鉴定,限制了CRISPR/Cas9系统在棉花上的应用。因此,要加强重要性状主效基因的挖掘。

三是加强与传统育种技术的结合。基因编辑技术应与传统育种方法有机结合,以加快突破性品种的育成。四是应根据特定作物特点和市场需求制定有针对性的育种策略与技术路线,实现基因编辑技术的商业化应用。五是关注“DNA-free”的基因编辑技术。这种技术可以避免外源DNA在目标细胞中产生不必要的随机插入或突变,从而提高编辑技术应用的安全性。六是关注新型转化方式与基因编辑技术的结合。由于棉花的复杂基因组结构和遗传机制,它在遗传转化过程中可能呈现出遗传不稳定性。另外,CRISPR/Cas系统的应用需要经历长时间的基因转化过程。随着植物遗传转化方法的改良,出现了无需组织培养的转化方法和SAMT遗传转化系统等新型转化方式。推动这些新方法和新技术在棉花研究中的应用,将进一步加快棉花基因功能研究与遗传改良的进程。

综上所述,基因编辑技术在棉花上的应用面临诸多挑战,但随着基因编辑系统的不断开发,基因编辑技术的研发和应用也将进入一个新的阶段。未来的研究应继续开发新的基因编辑系统,加强基因编辑技术与育种技术的结合,并推动基因编辑技术的商业化应用。













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