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题目：Applications of CRISPR/Cas genome editing in economically important fruit crops: recent advances and future directions 刊名：Molecular Horticulture 作者：Zhimin Ma, Lijing Ma & Junhui Zhou 单位：Peking University Institute of Advanced Agricultural Sciences 日期：28 January 2023    01 摘要  水果作物包括跃变型和非跃变型水果，是人类膳食营养和纤维的主要来源。自2013年以来，CRISPR/Cas（Clustered Regularly Interspersed Short Palindromic Repeats and CRISPR-Associated Protein）基因组编辑系统在不同植物中得到广泛应用，使许多重要农艺作物的遗传改良取得了前所未有的进展。 在这里，我们总结了水果作物 CRISPR/Cas 基因组编辑的最新进展，包括破译植物发育和植物免疫背后的机制的努力，我们还强调了基因组编辑工具在水果作物应用中的潜在挑战和改进，包括优化CRISPR/Cas盒的表达，提高CRISPR/Cas试剂的递送效率，增加基因组编辑的特异性，优化转化和再生系统。此外，我们提出了基因组编辑在作物育种中的应用前景，尤其是在水果作物中的应用，并强调了潜在的挑战。值得注意的是，水果作物育种和示范迫切需要利用基因组编辑系统来操纵水果作物。
02 背景 水果和蔬菜极大地促进了农业生产，因为它们是人类的主要营养供应，并且含有健康饮食的关键成分。水果作物已经种植了几个世纪。然而，它们的生产受到许多生物和环境因素的阻碍，包括相对较长的生命周期、高度杂合的基因组、不利的气候和有限的可耕地。因此，迫切需要通过科学进步和技术创新来提高水果作物的生产力和可持续性。 在作物驯化的漫长历史中，开发和利用了四种主要的植物育种技术： 1）通过杂交和选择进行常规育种； 2） 基于突变的植物育种； 3） 转基因植物育种； 4）基于基因组编辑的植物育种。 传统的杂交育种和基于突变的育种通常需要几十年的时间，而且是劳动密集型的（Chen et al.2019）。自上个世纪以来，转基因植物育种发展迅速，成为在一个品种中积累若干优良性状的最有前途的方法之一，尽管这项技术在诞生后不久就引发了许多争议，主要是由于安全问题和伦理问题。 基因组编辑已被开发用于获得所需的植物性状，因为它可以产生精确的基因组修饰。已经开发了许多系统来在植物中实现基因组编辑，包括锌指核酸酶（ZFNs）、转录激活剂样效应核酸酶（TALENs）和集群规则散布的短回文重复序列（CRISPR）/Cas系统（Voytas和Gao 2014）。CRISPR/Cas系统由于其低成本、易于适应和在基因操作过程中的高特异性，已成为应用最广泛的系统之一（Yin等人，2017）。该技术已成功应用于许多谷物和经济重要作物，如水稻（Oryza sativa）（Shan等人，2013）、小麦（Triticum aestivum）（Shan等人，2013年）、玉米（Zea mays）、马铃薯（Solanum tubulosum）（Wang等人，2015a）、木薯（Manihot esculenta）（Odipio等人，2017）、菊花（菊花）（Kishi Kaboshi等人，2017年）、欧洲板栗（Castanea sativa）（Pavese等人，2021）、卡布利鹰嘴豆（Cicer arietinum）（Badhan等人，2021）、一品红（Euphorbia pulcherrima）（Nitarska等人，2021）和玫瑰（Rosa hybrida）（Wang等人，2022a）（图1）。 在这里，我们主要描述了基于CRISPR/Cas的基因组编辑在各种水果作物中的现状，重点是植物发育和抗病性，特别是植物结构、果实发育、果实成熟和质量、生物胁迫以及更年期和非更年期果实中的非生物胁迫。我们提出了未来的方向，特别是基因组编辑在促进植物育种和克服水果作物生产中的障碍方面的应用。
展望： 用于鉴定具有有益性状的突变的正向遗传筛选主要依靠化学、物理或转座子诱变。然而，效率通常很低。CRISPR/Cas基因组编辑也是全基因组筛选中很有前途的工具。对于该系统，Cas9与靶向植物中许多或所有基因的文库sgRNA一起表达。经过转化、再生、所需性状筛选和sgRNA测序，最终鉴定出突变体（Gaillochet等人，2021）。大型CRISPR文库已成为正向基因筛选的先进选择。它可以高精度地在基因组范围内引入突变（Smith等人，2017）。依赖于CRISPR的碱基编辑筛选能够以单碱基分辨率识别功能元素（Cuella-Martin等人，2021；Hanna等人，2021）。此外，CRISPR筛选可以与单细胞RNA测序相结合，提供了破译基因功能和遗传相互作用的新方法（Doench 2018；Ford等人2019；Jin等人2020b；Replogle等人2020）。已经证明，水稻（Lu等人，2017；Meng等人，2017）、番茄（Jacobs等人，2017年）、玉米（Liu等人，2020a）和大豆（Bai等人，2020；Gaillochet等人，2021）中都开发了全基因组突变文库。然而，与动物细胞相比，高通量筛选在植物中的应用仍处于起步阶段。我们预计CRISPR突变体库将促进植物功能基因组学研究，并显著加快水果作物育种。 05 原文获取 原文链接： https://molhort./articles/10.1186/s43897-023-00049-0  END 06 广告 |
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