Page 60 - 《广西植物》2025年第3期
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应性免疫系统ꎬ其技术成熟与应用拓展经历了多
个关键发展阶段( 图 １)ꎮ １９８７ 年ꎬ科学家首次发
２ 猕 猴 桃 基 因 组 资 源 与 ＣＲＩＳＰＲ /
现 ＣＲＩＳＰＲ(规律成簇间隔短回文重复序列)ꎬ但其
功能直至 ２００５—２００７ 年才被揭示:ＣＲＩＳＰＲ 包含 Ｃａｓ９ 应用的基础
病 毒 序 列ꎬ 并 依 赖 Ｃａｓ 基 因 实 现 免 疫 防 御ꎻ
ＣＲＩＳＰＲ￣Ｃａｓ 被证实为细菌的适应性免疫机制ꎬ为 猕猴桃基因组的解析是 ＣＲＩＳＰＲ / Ｃａｓ９ 技术精
后续 基 因 编 辑 技 术 奠 定 理 论 基 础 ( Ｂａｒｒａｎｇｏｕ ｅｔ 准应用的前提ꎮ 近年来ꎬ随着测序技术的突破和
ａｌ.ꎬ ２００７)ꎮ Ｊｉｎｅｋ 等 ( ２０１２) 研 究 确 认 ＣＲＩＳＰＲ￣ 组学数据的积累ꎬ猕猴桃基因组资源已形成多层
Ｃａｓ９ 是 ＲＮＡ 引 导 的 ＤＮＡ 核 酸 内 切 酶ꎬ 通 过 次、多物种的完整体系ꎬ为基因功能研究和编辑靶
ｃｒＲＮＡ:ｔｒａｃｒＲＮＡ 双链引导实现靶向 ＤＮＡ 双链断 点挖掘提供了坚实基础ꎮ
裂ꎬ标志着其正式成为高效基因编辑工具ꎬ这一机 Ｈｕａｎｇ 等(２０１３)首次报道了猕猴桃的基因组
制如图 ２ 所示(Ｗａｎｇ Ｔ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１９)ꎮ ２０１３ 年ꎬ该 草图ꎬ为后续研究奠定了基础ꎻＷｕ 等(２０１９) 利用
技 术 首 次 成 功 应 用 于 人 类 细 胞 ( Ｃｏｎｇ ｅｔ ａｌ.ꎬ ＰａｃＢｉｏ ＨｉＦｉ 测序技术和 Ｈｉ￣Ｃ 技术对中华猕猴桃
２０１３)ꎬ开启了精准基因组编辑的新纪元ꎮ 此后ꎬ 进行重新测序和组装ꎬ获得了高质量的基因组序
技术 持 续 迭 代: ２０１３—２０１５ 年ꎬ 开 发 碱 基 编 辑 列ꎮ 随后ꎬＸｉａ 等(２０２３)对自然二倍体美味猕猴桃
(ＢＥ)( Ｋｏｍｏｒ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１６)ꎻ２０１６—２０１８ 年ꎬ推进 (Ａｃｔｉｎｉｄｉａ ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ ｖａｒ. ｄｅｌｉｃｉｏｓａ) 进行了染色体尺
先导编辑(ＰＥ) 及 ＣＲＩＳＰＲ￣Ｃａｓ１３ 系统( Ａｎｚａｌｏｎｅ ｅｔ 度组装ꎬ发现与果实硬度相关的果胶代谢基因簇
ａｌ.ꎬ ２０１９)ꎻ２０１９—２０２０ 年ꎬ ＣＲＩＳＰＲ￣Ｃａｓ９ 获 诺 贝 (如 ＰＭＥ 和 ＰＧ) 的拷贝数变异ꎬ为果实质地改良
尔化学奖( Ｄｏｕｄｎａ ＆ Ｃｈａｒｐｅｎｔｉｅｒꎬ ２０１４)ꎻ２０２２ 年 提供了靶点ꎮ Ｙｕｅ 等(２０２３) 进一步完成了中华猕
后ꎬ更聚焦于递送系统优化和植物基因编辑应用 猴桃的端粒到端粒(Ｔ２Ｔ)无间隙组装ꎬ解决了着丝
(Ｊａｖａｉｄ ｅｔ ａｌ. ２０２２)ꎮ 粒和端粒等复杂区域的序列空缺问题ꎬ显著提升
ＣＲＩＳＰＲ / Ｃａｓ９ 技术 在 果 树 中 的 适 用 性 得 益 ＣＲＩＳＰＲ / Ｃａｓ９ 靶向设计的准确性ꎮ Ｙａｏ 等(２０２２)
于其精准性、多靶点编辑能力以及对复杂基因组 对毛花猕猴桃(Ａ. ｅｒｉａｎｔｈａ) 的全基因组测序发现ꎬ
的适应 性ꎬ 该 技 术 已 成 功 应 用 于 柑 橘、 葡 萄、 苹 其特有的抗溃疡病相关基因( 如 ＮＢＳ￣ＬＲＲ 家族)
果、猕猴桃等果树ꎮ 例如ꎬ通过编辑柑橘 ＣｓＬＯＢ１ 在驯 化 过 程 中 部 分 丢 失ꎬ 提 示 可 通 过 ＣＲＩＳＰＲ /
基因ꎬ显著增强其对溃疡病的抗性( Ｚｈｏｕ ｅｔ ａｌ.ꎬ Ｃａｓ９ 重新引入这些基因ꎬ以增强栽培品种的抗性ꎮ
２０２０ꎻ Ｍａ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２３) ꎻ在 葡 萄 中 靶 向 ＭＬＯ 基 Ｙｕ 等(２０２３) 通过全基因组测序研究了两个猕猴
因ꎬ提高霉菌抗性ꎬ并优化分枝结构( Ｗａｎ ｅｔ ａｌ.ꎬ 桃物种 毛 花 猕 猴 桃 ( Ａ. ｅｒｉａｎｔｈａ) 和 长 叶 猕 猴 桃
２０２０) ꎻ而苹果 ＭｄＴＦＬ１ 基因的编辑使开花时间 (Ａ. ｈｅｍｓｌｅｙａｎａ)之间的生殖隔离机制ꎬ包括染色体
提前ꎬ缩短育种周期( Ｃｈａｒｒｉｅｒ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１９) ꎮ 在 倒位和基因家族的变化ꎬ为利用基因编辑打破生
猕猴桃中ꎬ基因编辑体系的建立得益于其遗传转 殖隔离、拓宽遗传多样性提供了理论依据ꎮ
化技术的突破ꎮ 例如ꎬＬｉ ＰＷ 等(２０２４) 通过农杆 此外ꎬ还有多种其他猕猴桃种类或品种完成
菌介导的无标记转化系统ꎬ成功编辑了与钙草酸 了高水 平 全 基 因 组 测 序ꎬ 如 ‘ Ｒｅｄ５’ 猕 猴 桃 ( Ａ.
晶体形成相关的 ＡｅＣＢＬ３ 基因ꎬ为猕猴桃基因功 ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ) ( Ｐｉｌｋｉｎｇｔｏｎ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１８)、 毛 花 猕 猴 桃
能研究提供了高效工具ꎮ 在技术优化方面ꎬ基于 (Ａ. ｅｒｉａｎｔｈａ)(Ｔａｎｇ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１９ꎻ Ｙａｏ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２２ꎻ
ＣＲＩＳＰＲ 的碱基编辑器 ( ｂａｓｅ ｅｄｉｔｏｒ) 和 先 导 编 辑 Ｌｉａｏ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２３ꎻ Ｗａｎｇ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２３)、六倍体美味
器( ｐｒｉｍｅ ｅｄｉｔｏｒ) 已在苹果、柑橘中实现单核苷酸 猕猴桃 ( Ａ. ｄｅｌｉｃｉｏｓａ) ( Ｌｉｕ ＹＢ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２４)、 ‘ 东
精准替换ꎮ 例如ꎬ通过胞嘧啶脱氨酶融合 Ｃａｓ９ｎ 红’猕猴桃( Ａ. ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ) ( Ｈａｎ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２３)、阔叶
( Ｄ１０Ａ) 在苹果 ＭｄＰＧ１ 位点引入无痕突变ꎬ降低 猕猴桃(Ａ. ｌａｔｉｆｏｌｉａ) ( Ｈａｎ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２３)、软枣猕猴
果实软化速率( Ｍａ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２３) ꎻ此外ꎬＷａｎｇ 等 桃( Ａ. ａｒｇｕｔａ ) ( Ｌｕ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２４ꎻ Ｚｈａｎｇ ｅｔ ａｌ.ꎬ
(２０１８) 通过优化双 ｓｇＲＮＡ / Ｃａｓ９ 表达盒ꎬ显著提 ２０２４)、 长 叶 猕 猴 桃 ( Ａ. ｈｅｍｓｌｅｙａｎａ) ( Ｙｕ ｅｔ ａｌ.ꎬ
高了猕猴桃多基因编辑效率ꎬ为复杂性状的协同 ２０２３)、浙 江 猕 猴 桃 ( Ａ. ｚｈｅｊｉａｎｇｅｎｓｉｓ) ( Ｙｕ ｅｔ ａｌ.ꎬ
改良奠定了基础ꎮ ２０２３)、山梨猕猴桃(Ａ. ｒｕｆａ)(Ａｋａｇｉ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２３ꎻ Ｌｉ
