Page 59 - 《广西植物》2025年第3期
P. 59
３ 期 朱荣香等: 基于 ＣＲＩＳＰＲ / Ｃａｓ９ 的猕猴桃性状改良: 精准育种策略与挑战 ４ ３ ９
( １. Ｇｕａｎｇｘｉ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｐｌａｎｔ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｐｈｙｔｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ ａｎｄ Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎꎬ Ｇｕａｎｇｘｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｂｏｔａｎｙꎬ
Ｇｕａｎｇｘｉ Ｚｈｕａｎｇ Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｒｅｇｉｏｎ ａｎｄ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓꎬ Ｇｕｉｌｉｎ ５４１００６ꎬ Ｇｕａｎｇｘｉꎬ Ｃｈｉｎａꎻ
２. Ｇｕｉｌｉｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒꎬ Ｇｕｉｌｉｎ ５４１００６ꎬ Ｇｕａｎｇｘｉꎬ Ｃｈｉｎａ )
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｇｅｎｅ ｅｄｉｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｈａｓ ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎｉｚｅｄ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｂｒｅｅｄｉｎｇ ｉｎ ｋｉｗｉｆｒｕｉｔ
(Ａｃｔｉｎｉｄｉａ ｓｐｐ.). Ｔｈｉｓ ｒｅｖｉｅｗ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓꎬ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓꎬ ａｎｄ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｏｆ
ＣＲＩＳＰＲ/ Ｃａｓ９ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｋｉｗｉｆｒｕｉｔ ｔｒａｉｔ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ. Ｌｅｖｅｒａｇｉｎｇ ｈｉｇｈ￣ｑｕａｌｉｔｙ ｇｅｎｏｍｉｃ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓꎬ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ
ｔｅｌｏｍｅｒｅ￣ｔｏ￣ｔｅｌｏｍｅｒｅ ｇａｐｌｅｓｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｇｅｎｏｍｅ ｏｆ Ａ. ｃｈｉｎｅｎｓｉｓꎬ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｇｅｎｅｔｉｃ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｌｉｋｅ ｍａｒｋｅｒ￣
ｆｒｅｅ Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ￣ｍｅｄｉａｔｅｄ ｍｅｔｈｏｄｓꎬ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ ｈａｖｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈｓ ｉｎ ｆｒｕｉｔ ｑｕａｌｉｔｙꎬ ｄｉｓｅａｓｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅꎬ ａｎｄ
ｐｌａｎｔ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ. Ｋｅｙ ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｓ ｉｎｃｌｕｄｅ: ｔａｒｇｅｔｅｄ ｅｄｉｔｉｎｇ ｏｆ ＡｃＮＡＣ１ꎬ ｂＺＩＰ ａｎｄ ＭＹＢ/ ｂＨＬＨ ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ
ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｃｉｔｒａｔｅ ｃｏｎｔｅｎｔꎬ ｅｎｈａｎｃｅ ｖｉｔａｍｉｎ Ｃ ｂｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓꎬ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎꎻ ａ ｈｏｓｔ￣ｐａｔｈｏｇｅｎ
ｄｕａｌ￣ｔａｒｇｅｔｉｎｇ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｔｈａｔ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｓ ｔｈｅ ＡｃＣＢＬ３￣ｍｅｄｉａｔｅｄ ｃａｌｃｉｕｍ ｏｘａｌａｔｅ ｂａｒｒｉｅｒ ａｎｄ ｄｉｓｒｕｐｔｓ ｔｈｅ ｈｏｐＡＩ１ ｖｉｒｕｌｅｎｃｅ
ｇｅｎｅ ｉｎ ｐａｔｈｏｇｅｎｓꎬ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｄｉｓｅａｓｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅꎻ ａｎｄ ｋｎｏｃｋｏｕｔ ｏｆ ＣＥＮ￣ｌｉｋｅ ａｎｄ ＡｃＦＬＣ￣ｌｉｋｅ ｇｅｎｅｓ ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ
ｃｏｍｐａｃｔ ｐｌａｎｔ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｎｏｎ￣ｃｏｌｄ￣ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｂｕｄｂｒｅａｋ ｇｅｒｍｐｌａｓｍｓ. Ｐｏｓｔｈａｒｖｅｓｔ ｓｔｕｄｉｅｓ ｈａｖｅ ｅｌｕｃｉｄａｔｅｄ
ｓｙｎｅｒｇｉｓｔｉｃ ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｓｉｇｎａｌｉｎｇ ａｎｄ ｃｅｌｌ ｗａｌｌ ｈｙｄｒｏｌａｓｅｓꎬ ｏｆｆｅｒｉｎｇ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｔａｒｇｅｔｓ ｆｏｒ ｓｈｅｌｆ￣
ｌｉｆｅ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ. Ｄｅｓｐｉｔｅ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｐｏｌｙｐｌｏｉｄ ｅｄｉｔｉｎｇ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ ａｎｄ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ ｃｏｎｔｒｏｖｅｒｓｉｅｓꎬ ｔｈｅ
ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉ￣ｏｍｉｃｓ ａｎｄ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｂｉｏｌｏｇｙ ｔｏｏｌｓ ｉｓ ａｄｖａｎｃｉｎｇ ｋｉｗｉｆｒｕｉｔ ｂｒｅｅｄｉｎｇ ｆｒｏｍ ｓｉｎｇｌｅ￣ｇｅｎｅ ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ ｔｏ
ｍｅｔａｂｏｌｉｃ ｐａｔｈｗａｙ ｒｅｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ. Ｗｉｔｈ ｇｌｏｂａｌ ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｆｏｒｅｉｇｎ ＤＮＡ￣ｆｒｅｅ ｅｄｉｔｅｄ ｖａｒｉｅｔｉｅｓꎬ ＣＲＩＳＰＲ/
Ｃａｓ９￣ｂａｓｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｄｅｓｉｇｎ ｂｒｅｅｄｉｎｇ ｗｉｌｌ ｕｓｈｅｒ ｉｎ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｙ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ. Ｉｎ
ａｄｄｉｔｉｏｎꎬ ｔｈｉｓ ｒｅｖｉｅｗ ｆｕｒｔｈｅｒ ｏｕｔｌｉｎｅｓ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｐａｔｈｗａｙｓ ａｎｄ ｆｕｔｕｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｉｏｒｉｔｉｅｓꎬ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ａ
ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｆｏｒ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ ｂｒｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ｋｉｗｉｆｒｕｉｔ ｃｕｌｔｉｖａｒｓ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｋｉｗｉｆｒｕｉｔ ｂｒｅｅｄｉｎｇꎬ ＣＲＩＳＰＲ/ Ｃａｓ９ ｇｅｎｅ ｅｄｉｔｉｎｇꎬ ｗｈｏｌｅ ｇｅｎｏｍｅ ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇꎬ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｄｅｓｉｇｎ ｂｒｅｅｄｉｎｇꎬ
ｆｒｕｉｔ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ
猕猴桃( Ａｃｔｉｎｉｄｉａ ｓｐｐ.) 作为典型的多年生藤 西、澳大利亚等 １４ 个国家已明确对无外源 ＤＮＡ 的
本果树ꎬ其果实因独特的风味特征和突出的营养 编辑植株实施与传统育种品种等同的监管政策
价值而成为全球重要的商品化水果ꎮ 然而ꎬ猕猴 (Ｅｎｔｉｎｅ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２１)ꎬ这为猕猴桃分子设计育种的
桃的遗传改良长期面临多种生物学挑战:其一ꎬ高 产业化提供了制度保障ꎮ
度杂合的基因组特性( 染色体基数 ｘ ＝ ２９ꎬ存在二 当前研究急需解决的核心科学问题在于:建
倍体至十倍体种质) 导致性状遗传规律复杂( Ｈａｎ 立适配猕猴桃生物学特性的基因编辑技术体系ꎬ
ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２３ꎻ Ｙｕ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２５)ꎻ其二ꎬ童期长达 ３ 解析复杂农艺性状的分子调控网络ꎬ以及实现多
年至 ６ 年ꎬ显著延缓育种进程( Ｆｅｒｇｕｓｏｎ ＆ Ｈｕａｎｇꎬ 性状 协 同 改 良 的 精 准 设 计ꎮ 本 文 系 统 综 述
２００７)ꎻ其三ꎬ溃疡病等生物胁迫与气候变化导致 ＣＲＩＳＰＲ / Ｃａｓ９ 技术在猕猴桃育种中的最新研究进
的非生 物 胁 迫 交 互 影 响ꎬ 威 胁 产 业 可 持 续 发 展 展ꎬ重点探讨基因组资源建设、性状改良策略和技
(Ｇａｏ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２５)ꎮ 虽然传统杂交育种已取得系 术转化路径之间的协同关系ꎮ 通过整合多组学数
列成果ꎬ但由于种质资源匮乏和表型选择效率低 据与合成生物学工具ꎬ揭示从基因编辑到表型输
下ꎬ因此难以满足市场对果实品质、抗逆性和栽培 出的调控规律ꎬ为加速猕猴桃突破性品种选育提
适应性的多维需求ꎮ 基因编辑技术的突破为果树 供理论框架和技术路线ꎮ
育种提供了跨越式发展机遇ꎮ ＣＲＩＳＰＲ / Ｃａｓ９ 系统
凭借其精准性、高效性和多靶点编辑能力ꎬ在木本 １ ＣＲＩＳＰＲ / Ｃａｓ９ 技 术 演 进 及 其 在
作物中展现出独特优势:通过靶向关键功能基因
可实现性状的定向改良ꎬ同时避免外源基因插入 果树中的适用性
引发的生物安全争议ꎮ 全球主要农业国家加速建
立基因编辑作物的分类管理制度ꎬ其中日本、巴 ＣＲＩＳＰＲ / Ｃａｓ９ 技术起源于细菌和古细菌的适
