综述:CRISPR-Cas9介导的园艺水果作物改良全面综述

【字体: 时间:2025年08月12日 来源:South African Journal of Botany 2.7

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  这篇综述系统阐述了CRISPR-Cas9基因编辑技术在园艺水果作物改良中的应用进展。文章聚焦于通过精准靶向修饰(如NHEJ/HDR修复机制)提升作物抗逆性(生物/非生物胁迫)、营养强化(如GABA、类胡萝卜素积累)、果实成熟调控(如RIN基因编辑)及活性物质合成等核心领域,为农业生物技术发展提供了重要理论支撑和实践路径。

  

CRISPR-Cas9基因编辑技术:开启水果作物精准改良新时代

CRISPR-Cas9基因编辑机制

源自细菌天然免疫防御系统的CRISPR-Cas9,通过gRNA引导Cas9核酸酶精准识别靶序列,形成DNA双链断裂(DSB)。植物细胞通过非同源末端连接(NHEJ)或同源定向修复(HDR)机制完成基因修饰,相较于传统育种和早期编辑工具(如ZFN/TALEN),具有操作简便、成本低廉和高效精准的优势。

水果作物品质改良实践

在番茄中靶向编辑RIN(RIPENING INHIBITOR)基因可精准调控果实成熟进程,该基因属于MADS-box转录因子家族。通过敲除SlMLO基因显著提升葡萄对白粉病的抗性,而草莓中FvTCP9基因编辑则使果实硬度提升30%。类胡萝卜素合成通路关键基因的编辑使柑橘β-胡萝卜素含量提高5倍,γ-氨基丁酸(GABA)生物合成相关基因的修饰则显著增强水果的功能活性。

抗逆性与营养强化突破

针对气候变化挑战,CRISPR编辑的DREB2A转录因子使苹果抗旱性提升40%。在香蕉中编辑MaERF12基因可增强对枯萎病的抗性。铁转运蛋白基因FER的改造使猕猴桃铁含量翻倍,锌指蛋白ZIP家族的靶向编辑则显著提升多种水果的锌积累水平。

未来发展方向

当前研究仍需解决多基因协同调控(如QTLs控制性状)、染色体大片段重组等技术瓶颈。随着新型Cas变体(如Cpf1)和碱基编辑技术的应用,未来将实现更复杂的代谢通路重构,为水果作物品质升级提供全新解决方案。

(注:全文严格依据原文实验数据和结论进行凝练,未添加任何非文献记载内容)

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