系统性地整合CRISPR/Cas技术在提高作物耐盐性方面的应用：十年的进展与挑战

《BMC Plant Biology》：Systematic synthesis of CRISPR/Cas applications for enhancing salt tolerance in crops: a decade of progress and challenges

耐盐基因编辑技术对水稻、小麦等五类作物的研究表明，单基因改造虽提升钠离子排斥30-50%，但田间产量增益有限；多基因协同调控（离子稳态、渗透保护、ROS管理）可优化耐盐性及产量。关键基因SOS3和MPK6的互作网络揭示转化效率、表观遗传漂移及环境互作为三大瓶颈。

　　

摘要

土壤盐分是全球农作物生产力的主要限制因素，这推动了对耐盐品种的需求。尽管CRISPR-Cas基因组编辑技术为性状改良提供了针对性的解决方案，但显著的生物学和技术瓶颈限制了其在提高作物耐盐性方面的应用。本系统综述总结了83项同行评审研究（2015–2024年）的结果，这些研究利用CRISPR/Cas技术来提高五种主要作物（水稻、小麦、玉米、高粱、大麦）的耐盐性。我们的系统评价发现，早期的单基因编辑虽然能够实现一定的盐分排除效果（30–50%的Na?排除率），但在田间条件下往往导致产量提升有限，这可能是由于补偿性调节和环境变异的影响。文献表明，涵盖离子稳态、渗透保护和活性氧管理的多重基因编辑策略可以改善耐盐性，并有助于在严重盐分条件下维持产量；然而，其效益程度因作物、基因型和转化/再生背景而异。蛋白质-蛋白质相互作用网络识别出12个关键基因和3个功能模块，其中SOS3和MPK6被认为是关键瓶颈，其功能紊乱可能会产生多效性影响。空间表达分析揭示了组织特异性的权衡：在茎部过度编辑根系优势基因会导致产量下降15–28%，而针对组织特性的启动子优化则减少了生理冲突。持续的挑战包括基因型依赖性的转化效率低下、表观遗传漂变以及盐胁迫下的环境相互作用。总体而言，我们的综合分析巩固并完善了当前的耐盐性基因组编辑最佳实践，并指出了主要瓶颈——尤其是再生/转化能力、基因型依赖性和表观遗传限制——这些因素应在实验设计和报告中予以充分考虑。