综述:人工智能驱动的植物精准基因组编辑过程及其应用

【字体: 时间:2025年05月26日 来源:Functional & Integrative Genomics 3.9

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  本文综述基因组编辑技术发展,从早期 Meganucleases、ZFNs、TALENs 到 CRISPR-Cas 系统,介绍碱基编辑器(Base Editors)和 prime 编辑器等工具在植物中的应用,探讨 AI 与基因组编辑结合的前沿进展及在植物育种等领域的前景。

  
基因组编辑技术已成为生物技术研究的核心,可实现精准基因修饰。其发展历经多次革命性突破,从早期的 Meganucleases(大范围核酸酶)、ZFNs(锌指核酸酶)、TALENs(转录激活样效应因子核酸酶),到具有里程碑意义的 CRISPR-Cas 系统。CRISPR-Cas 系统的出现是基因组编辑领域的巨大飞跃,推动了碱基编辑器(Base Editors)、prime 编辑器等先进工具的发展,显著提升了精准基因组工程能力。

近年来,人工智能(AI)在跨学科领域的快速融合,正推动基因组编辑进入又一变革阶段。AI 技术通过优化编辑系统、预测编辑位点效率、设计编辑策略等方式,简化工作流程并提高编辑精准度。

在应用层面,基因组编辑技术前景广阔,尤其在植物育种领域,为改良植物性状提供了前所未有的机遇。例如,利用 CRISPR-Cas 系统可精准编辑植物抗病、抗逆、优质等相关基因,加速作物品种改良。碱基编辑器能在不引起 DNA 双链断裂的情况下实现单碱基精准替换,prime 编辑器则可完成更复杂的基因插入、缺失和替换,这些工具在植物基因功能研究和性状改良中展现出独特优势。

本文系统回顾了早期基因组编辑技术,详细介绍了新一代编辑工具在植物中的最新应用,同时总结并展望了基因组编辑技术与 AI 结合的前沿发展及未来趋势。随着技术的不断进步和应用范围的扩大,基因组编辑与 AI 的深度融合将为全球挑战提供创新性解决方案,有望开启健康、繁荣与可持续发展的新时代。
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