综述：通过基因编辑调控花卉衰老：观赏植物和切花的前景

《Plant Growth Regulation》：Manipulation of floral senescence through gene editing: prospects for ornamental and cut flowers

本综述系统阐述了CRISPR-Cas9基因编辑技术在调控花卉衰老中的应用前景。文章详细解析了乙烯（C2H4）信号通路（如RhEIN2、DcACS1等关键靶点）在花瓣衰老中的核心作用，并通过多物种案例（玫瑰、康乃馨等）验证基因编辑可显著延长切花瓶插寿命。该技术为花卉品质改良提供了精准高效的解决方案。

　　

基因编辑技术概述

基因组编辑是指对DNA序列进行定向修饰的技术。其发展历程可追溯至1978年限制性内切酶的发现。该技术依赖序列特异性核酸酶（SSNs），能够在基因组特定位点产生DNA双链断裂（DSB），进而触发细胞固有的DNA修复机制（如易错的非同源末端连接NHEJ或精确的同源定向修复HDR）实现靶向突变。目前主要基因编辑工具包括归巢内切酶、锌指核酸酶（ZFNs）、转录激活因子样效应物核酸酶（TALENs）以及CRISPR-Cas9系统。其中CRISPR-Cas9因其设计简便、成本低且可多重编辑的优势，已成为植物基因功能研究的核心工具。

CRISPR-Cas9工作机制

工程化CRISPR系统主要由向导RNA（gRNA）和Cas9核酸酶组成。gRNA通过5'端20nt的间隔序列与靶DNA互补结合，3'端支架结构负责招募Cas9蛋白。当gRNA与靶DNA结合后，Cas9在原型间隔序列邻近基序（PAM）上游3bp处引入DSB。细胞通过NHEJ修复可能造成基因敲除，而借助外源模板可通过HDR实现精准插入。编辑流程包括靶点筛选、gRNA设计、载体构建、植物转化（农杆菌法或PEG介导原生质体转化）、突变体筛选及再生验证。

花卉衰老的调控网络

花瓣衰老是受发育信号和环境因素共同调控的程序性细胞死亡（PCD）过程。乙烯是大多数乙烯敏感型花卉（如康乃馨、玫瑰）衰老的核心诱导因子，其生物合成途径中，S-腺苷甲硫氨酸（SAM）在ACC合成酶（ACS）催化下生成1-氨基环丙烷-1-羧酸（ACC），再经ACC氧化酶（ACO）转化为乙烯。

此外，自噬相关基因（如ATG6）通过调控营养回收影响衰老进程，而花粉授粉可触发乙烯爆发式产生，加速花瓣萎蔫。

基因编辑在观赏植物中的应用实例

1. 1.
   玫瑰（Rosa hybrida）：通过编辑乙烯信号通路关键基因RhEIN2，获得突变体花朵开放受阻，证实该基因在乙烯响应中的核心作用。

   
2. 2.
   康乃馨（Dianthus caryophyllus）：利用RNP复合体递送系统编辑DcACS1和DcACO1基因，突变频率最高达58.5%，为延长瓶插寿命奠定基础。
3. 3.
   日本龙胆（Gentiana scabra）：敲除EPHEMERAL1-LIKE（EPH1L）基因可显著延缓花瓣褐变，并建立暗诱导衰老评价体系。
4. 4.
   矮牵牛（Petunia hybrida）：PhACO1基因敲除导致乙烯合成减少，花期延长；而PhATG6缺失则加速PCD并影响磷元素回收。
5. 5.
   风铃草（Campanula portenschlagiana）：CpEill基因编辑株系对外源乙烯耐受性增强，但内源衰老机制未受影响，表明外源与年龄依赖性衰老存在不同调控通路。

   

技术挑战与前景

当前基因编辑仍面临脱靶效应、递送效率（如原生质体再生困难）及转基因残留等问题。新兴的嫁接介导编辑系统（如利用tRNA样序列TLS运输CRISPR组分）可实现无转基因整合的编辑。未来研究需聚焦激素互作（如ABA、细胞分裂素）、养分调控与衰老基因网络的协同作用，并通过多靶点编辑培育具复合优良性状的观赏品种。