CRISPR-Cas9与RNA测序联用揭示藜麦营养强化通路：助力运动员植物基恢复饮食与未来粮食安全

本研究针对藜麦（Chenopodium quinoa）关键微量营养素不足的问题，通过CRISPR-Cas9多基因编辑技术靶向调控赖氨酸转运、植酸合成及维生素C/E生物合成通路中的CqAAP1、CqIPK1等5个基因，结合RNA-Seq转录组分析，成功获得赖氨酸（+35%）、锌（+43%）、维生素C（+114%）和维生素E（+45%）显著提升的藜麦品系，为多营养素协同生物强化提供了技术范式，对解决隐性饥饿和可持续农业具有重要意义。

　　

随着全球对植物基饮食需求的增长，藜麦因其高营养价值和气候适应性成为明星作物。然而，其关键营养素如赖氨酸、锌和维生素的含量尚未达到理想水平，限制了在运动员恢复饮食等高端场景的应用。传统育种手段难以实现多营养素协同提升，而基因编辑技术CRISPR-Cas9的出现为精准改良提供了新机遇。

中国研究人员通过整合CRISPR-Cas9基因组编辑与RNA-Seq技术，对藜麦品种"Real"进行多基因靶向改造。研究采用多重编辑策略，同步敲除CqAAP1（赖氨酸转运体）、CqIPK1（植酸合成酶）等基因，并结合同源定向插入（Homology-Directed Knock-in）技术增强维生素C/E合成通路关键基因CqGGP和CqHPT的表达。通过PCR、Sanger测序验证编辑效率，RNA-Seq分析差异表达基因（DEGs），结合表型评估确认农艺性状稳定性。

材料与方法
研究选用藜麦栽培种"Real"，在可控温室条件下培育野生型与编辑型植株。通过设计sgRNA靶向5个营养相关基因，采用农杆菌介导转化获得T1代编辑植株。利用RNA-Seq（Illumina平台）分析转录组变化，qRT-PCR验证关键基因表达，GO和KEGG富集分析揭示代谢通路调控网络。

生成营养强化藜麦
在12个T1代编辑株系中，5个株系成功实现至少3个靶基因编辑。明星株系QE-5表现出最显著营养提升：种子赖氨酸增加35%，锌积累提高43%，维生素C和E分别提升114%和45%。PCR和电泳证实所有编辑均为可遗传突变。

转录组分析
RNA-Seq鉴定出1284个差异表达基因（FDR<0.05），主要富集于氨基酸代谢（如赖氨酸合成）、氧化还原调控和维生素生物合成通路。CqGGP（维生素C合成限速酶）表达上调2.1倍，与表型数据高度吻合。

讨论与结论
该研究首次实现藜麦多营养素协同强化，突破传统单性状改良局限。通过CRISPR-Cas9精确调控代谢网络，证明藜麦具有显著的转录可塑性（Transcriptional Plasticity）。编辑株系在营养提升的同时保持产量稳定，解除了"产量-品质"的负相关难题。研究建立的"编辑-转录验证-表型评估"技术框架，为其他作物的精准营养设计提供了范式，对开发运动员专用营养作物和应对全球隐性饥饿具有战略意义。论文发表于《International Journal of Biological Macromolecules》，由Guang Bu、Xuelian Ma等学者共同完成。