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World File Search System优良品种
二合一育种策略促进野生种和优良品种的快速利用
全球气候变化对现代农业和粮食安全构成挑战。作物育种中的密集选择大大缩小了适应气候的遗传多样性（Atherton and Rudich，1986；Lin 等人，2014）。例如，现代栽培品种仅占番茄资源总遗传变异的约 5%（Atherton and Rudich，1986）。这些挑战迫切需要开发新策略来利用野生物种，野生物种是尚未开发的理想抗逆性状的来源，以加速气候智能型作物的育种。基因组编辑已显示出其作为一种快速而精确的育种技术的威力，但创造由多个定量基因座支撑的复杂多基因性状（例如抗逆性状）仍然具有挑战性（Gao，2021）。特别是，由于基因编辑在植物中敲入和敲出效率低下，许多理想性状很难通过基因编辑创造。通过遗传杂交将野生亲属的抗逆性状引入优良品种可取得这样的成功。然而，由于遗传障碍、野生物种生长习性差异大以及优良品种人工去雄的劳动力成本等多重障碍，基因导入进程往往缓慢且耗费人力。例如，虽然目前番茄种子目录以 F 1 杂交种为主，但番茄种子生产成本高昂且费力，因为它需要对种子亲本逐一进行人工去雄，并进行授粉（Atherton 和 Rudich，1986 年）。
利用 CRISPR/Cas9 系统在多个优良品种中产生单性结实番茄植株
Micro-Tom 芽的突变率为 100%，而 AC 芽的突变率仅为 42.9%。与 Micro-Tom 不同，AC 编辑植物未报告产生单性结实果实（Tran 等人，2021 年；Ueta 等人，2017 年）。表 1 和表 2 表明，在测试的 ET 系群体中，转化和编辑效率都存在很大差异。虽然其中一些系具有相同的亲本来源，但它们的外来构建体采用潜力水平并不相同。值得注意的是，在 ET5 和 ET8 等优良系中，使用 pANT1ox 质粒和 pEG-IAA9 的转化效率密切相关（表 1 和补充表 1）。ET5 平均每个外植体呈现 16.88 个紫色斑点，21% 的 pEG-IAA9 转化植物具有 T-DNA 插入。ET8 中的这些数字分别为 14.32 和 33.33%。这两个品系对外来基因转化反应良好，是用作遗传改造技术材料的最佳 F8 ET 品系。在这两个品系中，ET5 表现出更高的编辑效率，表现为 G0 群体中单叶和无籽植物的数量（表 1）。然而，ET8 的高生产力和存活率有利于该品系保持和转移编辑的等位基因到下一代（表 3）。对于商业基因组编辑番茄的产生，ET8 是最佳推荐选择，它提供了高产量、高转化效率和低果实开裂率等有益特性（Nguyen 等人，2023 年）。
深入了解转基因作物发育的遗传和分子因素
气候变化和新种植领域的探索影响了全球多种经济作物的产量。基于具有特定性状的亲本之间计划杂交的传统植物育种和开发新生物技术工具 (NBT) 的基因工程都使具有新农学特征的优良品种得以开发。近年来，由于这些 NBT 可以快速产生满足作物生产者需求的优良品种，因此在寻找农业解决方案时使用这些 NBT 已变得尤为突出，并且这些 NBT 的效率与其元素的优化或最佳利用密切相关。目前，合成生物技术中使用了几种基因工程技术来成功改善作物的理想性状或去除不良性状。然而，每种技术的特点、缺点和优势仍未得到很好的理解，因此这些方法尚未得到充分利用。在这里，我们简要概述了用于概念验证和农艺性状改良的植物基因工程平台，回顾了合成生物技术的主要元素和过程，最后介绍了用于改善社会经济重要作物农艺性状的主要 NBT。
作物单倍体组织基因编辑研究进展
摘要：气候变化的新威胁要求快速开发对非生物和生物因素具有更高耐受性的优良品种。尽管传统农业实践取得了成功，但仍需要精确操纵作物基因组的新技术。几十年来，双单倍体 (DH) 方法已在主要作物中使用，以在短时间内在优良背景中固定所需的等位基因。DH 植物还广泛用于数量性状基因座 (QTL) 的定位、标记辅助选择 (MAS)、基因组选择 (GS) 和杂交生产。最近发现的负责单倍体诱导 (HI) 的基因允许通过基因编辑 (GE) 在不同作物的非诱导品种中设计这种性状。直接编辑配子或单倍体胚胎可在染色体加倍后产生无效纯合植物，从而提高 GE 效率。对单倍体植物中负责自发染色体加倍的潜在遗传机制的深入了解可能允许将这种性状转移到不同的优良品种中。总体而言，进一步提高 DH 技术效率并结合优化的 GE 可以加速主要作物的育种工作。
最新进展和未来展望
摘要：在大多数作物育种计划中，产量增长率不足以应对全球人口迅速增长导致的粮食需求增长。在植物育种中，作物优良品种的开发受到作物生长周期过长的限制。鉴于新品种的生产涉及杂交、选择和测试等多个阶段，因此可能需要一二十年才能创造出新品种。缓解粮食短缺问题和提高粮食安全的一种可能方法是快速开发优良品种。长期以来一直采用的传统耕作方法降低了作物的遗传变异性。为了改善作物的产量、品质和抗生物和非生物胁迫能力相关的农艺性状，人们已经采用了多种传统和分子方法，包括遗传选择、诱变育种、体细胞克隆变异、基于全基因组序列的方法、物理图谱和功能基因组工具。然而，使用可编程核酸酶、成簇的规律间隔短回文重复序列 (CRISPR) 和 CRISPR 相关 (Cas) 蛋白的基因组编辑技术的最新进展为新植物育种时代打开了大门。因此，为了提高作物育种的效率，世界各地的植物育种者和研究人员正在使用新策略，例如快速育种、基因组编辑工具和高通量表型分析。在这篇综述中，我们总结了作物育种几个方面的最新发现，以描述植物育种实践的演变，从传统到现代快速育种与基因组编辑工具相结合，旨在每年生产具有所需特性的作物代。
Patial, M. 和 Bishnoi, SK, 2024. 使用传统育种方法进行大麦改良。Vigyan Varta 5(10): 221-224。
诱变育种在培育大麦优良品种方面发挥了重要作用，可以提高性状的改善。这一过程需要将种子暴露在化学药品或辐射等诱变剂中以引发突变，从而可能产生新的有利性状 (Patial 等人，2014；Patial 等人，2008)。随后，选择突变植物并进行杂交或自交以稳定诱发的性状。这种方法已被证明在培育抗病高产大麦品种方面特别有效。一个著名且众所周知的例子是“Golden Promise”大麦品种，它是在 20 世纪 50 年代通过应用伽马辐射培育出来的。这种广受欢迎的大麦品种因其矮小和高产而声名鹊起，使其成为酿酒和农业用途的理想选择。
CIP 2030 战略
科学目标：作为战略的核心，四大科学目标为我们的使命指明了方向。生物多样性是块根作物和块茎作物遗传多样性的守护者，也是其在世界范围内得到更广泛和更公平利用的推动因素。作物改良引导优良品种的培育，以满足全球南方不断扩大和多样化的市场中气候适应力、营养和消费者需求等区域优先事项。再生农业通过多样化农业系统中创新的块根作物和块茎作物生产，提高了农场生产力和生态系统健康。城市粮食系统解决了快速城市化粮食系统给农业带来的主要风险和机遇。每个目标都是针对特定挑战和机遇的有针对性和可衡量的研究响应。
植物工厂技术是提高蔬菜品质的有力工具：以生菜为例
摘要 消费者对更高质量和营养丰富的新鲜蔬菜的需求日益增长。因此，迫切需要优良品种和改进的栽培方法来提高蔬菜品质。植物工厂技术 (PFT) 提供了一种先进的农业系统，其中可以精确控制环境因素，然而，由于动态人工环境中需要较长的育种过程，因此仍然有必要研究和预测 PFT 对蔬菜品质的影响。这里，选择了一种新的生菜品种作为利用 PFT 促进育种过程的案例研究。通过精确控制环境因素（例如光照配方、温度范围、二氧化碳水平和营养物质），使用 PFT 生产出高品质蔬菜，从而比露天栽培在更短的时间内获得更高的营养含量。因此，PFT 在促进育种和栽培实践以及实现收获期间蔬菜品质稳定方面显示出巨大潜力。
植物无融合生殖工程的选择
在植物中，胚胎发生和繁殖并不严格依赖于受精。一些物种可以在种子中无性地产生胚胎，这一过程称为无融合生殖。无融合生殖被定义为通过种子进行的克隆无性繁殖，其后代与母体基因型相同，并为开发优良品种提供了宝贵的机会，因为它在农作物中的诱导可以促进优良杂交基因型的开发和维持。在这篇综述中，我们总结了目前对无融合生殖的理解，并重点介绍了将无融合生殖方法成功引入有性作物的情况。此外，我们讨论了几个基因的过表达可以诱导体细胞胚胎发生，作为诱导孤雌生殖的候选基因，孤雌生殖是配子体无融合生殖的一种独特生殖方式。我们还总结了三种实现工程无融合生殖的方案，这将为实现无融合生殖提供更多机会。
转基因和基因组编辑水果
摘要 育种技术在水果行业已成功应用多年，培育出了当今大多数商业水果品种。最近，新的分子育种技术已经解决了传统育种的一些限制。然而，此类新水果的开发和商业化引进进展缓慢且有限，目前只有五种转基因水果作为商业品种生产——抗病毒木瓜和南瓜 25 年前就已商业化，而抗虫茄子、不褐变苹果和粉红菠萝在过去 6 年内已获准商业化，产量每年都在增加。分子遗传学的进步，特别是新一波基因组编辑技术，为更快地开发新水果品种提供了机会。我们的综述强调了目前通过基因工程开发的商业水果品种的社会经济影响以及基因组编辑对加速开发优良品种的潜在影响。