综述：利用基因组编辑技术克服自交多倍体作物的繁殖障碍

《BMC Plant Biology》：Overcoming breeding barriers with genome editing in autopolyploid crops

　　

摘要

自体多倍体作物在全球农业中起着核心作用，但其复杂的基因组为遗传改良带来了重大障碍。高水平的等位基因多样性、大量的基因冗余以及多体染色体遗传方式阻碍了传统育种方法和现代生物技术的应用。基因组编辑技术提供了一种强有力的替代方案，它能够精确地同时对与产量、品质和抗逆性相关的多个等位基因进行修饰。然而，由于转化和再生效率低下、基因组资源有限以及实现完全等位基因破坏的难度较大，自体多倍体作物的基因组编辑进展仍然不均衡。本文综述了四种具有经济重要性的自体多倍体作物——马铃薯（Solanum tuberosum）、苜蓿（Medicago sativa）、甘蔗（Saccharum spp.）和蓝莓（Vaccinium corymbosum）在基因组编辑方面的最新进展。我们重点介绍了通过CRISPR/Cas系统调控的性状多样性，包括报告基因和选择性标记的验证、块茎及饲草品质、生物量组成、抗逆性、开花调控以及植株再生等方面。同时，我们也分析了影响自体多倍体作物基因组编辑的技术限制，如基因型依赖性的Resistance机制、转化和编辑效率低、多等位基因靶向及嵌合现象，并概述了基于多重设计、内源性启动子、形态发生调控因子和病毒载体等的新方法。这些进展为在复杂的多倍体基因组中进行高效且可遗传的基因组编辑提供了途径，为确保粮食、饲料和生物能源安全的下一代精准育种奠定了基础。

自体多倍体作物在全球农业中占据重要地位，但其复杂的基因组结构给遗传改良带来了诸多挑战。高水平的等位基因多样性、广泛的基因冗余以及多体染色体遗传方式阻碍了传统育种方法和现代生物技术的应用。基因组编辑技术通过实现对产量、品质和抗逆性相关性状的精确多等位基因修饰，为这类作物的改良提供了有效途径。但由于转化和再生效率低下、基因组资源有限以及实现完全等位基因清除的难度较大，自体多倍体作物的基因组编辑进展仍不均衡。本文综述了四种具有经济重要性的自体多倍体作物——马铃薯（Solanum tuberosum）、苜蓿（Medicago sativa）、甘蔗（Saccharum spp.）和蓝莓（Vaccinium corymbosum）在基因组编辑方面的最新进展。我们重点介绍了通过CRISPR/Cas系统调控的性状多样性，包括报告基因和选择性标记的验证、块茎及饲草品质、生物量组成、抗逆性、开花调控以及植株再生等方面。同时，我们也分析了影响自体多倍体作物基因组编辑的技术限制，如基因型依赖性的Resistance机制、转化和编辑效率低、多等位基因靶向及嵌合现象，并概述了基于多重设计、内源性启动子、形态发生调控因子和病毒载体等的新方法。这些进展为在复杂的多倍体基因组中进行高效且可遗传的基因组编辑提供了途径，为确保粮食、饲料和生物能源安全的下一代精准育种奠定了基础。