综述：CRISPR、Ossmics和纳米技术：下一代小麦改良的三角策略

《Journal of Crop Health》：CRISPR, Ossmics, and Nanotechnology: A Triangular Strategy for Next-Generation Wheat Improvement

　　

摘要

背景：小麦（Triticum aestivum L.）为全球人口提供了近20%的膳食热量和蛋白质，但正面临气候变化、土地退化、新病原体以及消费者期望提高的威胁。尽管数十年来人们一直在研究传统的育种方法和独立的生物技术，但这些方法速度太慢且缺乏系统性，无法应对这些多方面的挑战。现有的方法很少结合遗传、生理和环境因素的综合见解来提高作物的田间抗逆性，因此在将实验室获得的遗传和分子研究成果应用于实际生产方面存在显著差距。

主要内容：本文提出了一种结构化的三角框架，该框架基于先前的生物技术作物改良概念开发，整合了组学、CRISPR基因组编辑技术和纳米技术，以支持小麦的协同改良并增强其气候适应能力。基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学和表观基因组学平台揭示了与产量、生物和非生物胁迫抗性以及疾病相关的复杂性状通路，并有助于目标基因的选择。CRISPR/Cas技术（包括碱基编辑器和引导编辑器）能够精确编辑复杂性状，但其递送和调控方面仍存在挑战。在实验室环境中验证的有效目标基因（如抗病性、氮利用效率和耐旱性）及其在田间的应用，凸显了大多数育种方案中缺乏的跨尺度整合的必要性。纳米技术为实现CRISPR的有效递送、原位胁迫监测和可控养分供应提供了关键手段，从而构建了一个闭环育种系统。纳米材料、离子组学和养分利用效率策略的整合，将生产力与生物强化和可持续性联系起来。这种结合组学发现和纳米驱动基因组编辑的方法，弥合了从实验室到田间的转化差距：这是一种新的系统级方法，有望实现更快的育种速度、更稳定和更具抗逆性的作物产量以及更好的环境适应性。

结论：通过充分的生物安全评估、可扩展的纳米递送技术和统一的监管框架，可以充分发挥其潜力，促进其在全球范围内的安全应用。通过这些尖端技术的协同整合，我们可以合理培育出新一代适应气候变化的高产小麦品种，从而为应对气候变化保障世界粮食供应的未来做好准备。