综述：基因组编辑用于性状优化：CRISPR、碱基编辑和引导编辑在现代植物科学中的作用

本综述系统阐述了CRISPR/Cas9及其衍生技术碱基编辑（Base Editing）和引导编辑（Prime Editing）在植物性状改良中的突破性进展。这些技术通过精准调控基因功能，显著提升了作物农艺性状、抗病性和抗逆性，为可持续农业发展提供了革命性工具。

　　

Abstract

CRISPR/Cas技术的发展彻底改变了植物遗传学与育种领域，使模式生物中的精准基因失活和修饰成为可能。基于CRISPR/Cas的基因组编辑技术，结合新型碱基编辑（Base Editing）和引导编辑（Prime Editing）技术，正在推动植物科学的转型。CRISPR/Cas9在农艺性状增强、抗病性和抗逆性方面取得了显著进展，已成为植物研究中受欢迎且强大的工具。为满足更高精度的需求，碱基编辑和引导编辑技术应运而生，它们可在不引起双链断裂的情况下实现单核苷酸水平的基因组修改。碱基编辑能够精确转换单个DNA碱基，提高了编辑准确性；而引导编辑则以更高的精确度和多功能性引入靶向DNA改变。这些技术共同拓展了植物遗传修饰的可能性，提升了作物产量、适应力和可持续性。本综述概述了CRISPR/Cas9的应用以及近期在精确基因组修饰方面的进展，重点关注碱基编辑和引导编辑。

基因组编辑技术的演进

CRISPR/Cas9系统源于细菌的适应性免疫机制，通过Cas9核酸酶与引导RNA（gRNA）的协同作用，在特定基因组位点诱导双链断裂（DSB），进而通过细胞自身的修复机制实现基因敲除或插入。该技术自问世以来，迅速成为植物功能基因组学和精准育种的核心工具。其应用范围涵盖水稻、小麦、玉米等重要作物，成功调控了产量、品质、生物胁迫及非生物胁迫抗性等相关基因。

碱基编辑：精准的单碱基替换

为规避双链断裂引发的潜在风险（如染色体易位、插入缺失等），碱基编辑技术被开发出来。该系统由催化缺陷型Cas9蛋白（dCas9或nCas9）与碱基脱氨酶融合构成，可实现C→T（或G→A）以及A→G（或T→C）的定向转换，而无需切断DNA双链。例如，通过胞嘧啶碱基编辑器（CBE）和腺嘌呤碱基编辑器（ABE），研究人员成功对作物中的抗病基因、光合作用相关基因及贮藏蛋白基因进行了高效优化，显著提高了编辑的精确性和安全性。

引导编辑：迈向可编程的基因组改写

引导编辑技术进一步扩展了基因组编辑的能力边界。该系统利用Cas9 nickase与逆转录酶融合蛋白以及pegRNA（prime editing guide RNA），能够实现所有12种碱基间的自由转换，并可精准插入或删除特定序列。引导编辑不仅具备单碱基编辑能力，还支持多位点编辑和小片段插入缺失操作，在复杂性状调控和多基因协同改良中展现出巨大潜力。

应用与前景

这些编辑技术已被广泛应用于作物重要农艺性状的优化，如提高水稻和小麦的抗病性、增强番茄的耐盐性、改良大豆的油脂成分等。此外，在植物抗逆机制解析和基因功能鉴定方面也发挥了重要作用。随着递送系统、编辑效率及特异性的持续优化，基因组编辑技术有望成为未来作物遗传改良和设计育种的核心驱动力量，为全球粮食安全和农业可持续发展提供关键技术支撑。