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提高甘蔗对生物和非生物胁迫耐受性的基因工程
摘要：甘蔗是一种重要的经济作物，为世界糖供应和生物燃料生产的原料做出了巨大贡献，在全球糖业中发挥着重要作用。然而，生物和非生物胁迫严重阻碍了甘蔗可持续生产力的发展。基因工程已被用于将有用的基因转移到甘蔗植物中以改善其理想性状，并已成为一种基础和应用研究方法，以在不同不利环境条件下保持生长和生产力。然而，转基因方法的使用仍然存在争议，需要严格的实验方法来应对生物安全挑战。成簇的规律间隔短回文重复序列 (CRISPR) 介导的基因组编辑技术正在迅速发展，并可能彻底改变甘蔗生产。本综述旨在探索创新的基因工程技术及其在开发具有增强的抗生物和非生物胁迫能力的甘蔗品种以生产优良甘蔗品种中的成功应用。
CRISPR/Cas 基因组编辑技术用于改良植物以抵抗生物和非生物胁迫：进展、局限性和未来前景
摘要：杂交育种、诱变育种和传统的转基因育种需要花费大量时间来改善所需的特性/性状。CRISPR/Cas 介导的基因组编辑 (GE) 是一种改变游戏规则的工具，它可以在更短的时间内产生所需特性（例如生物和非生物抗性）的变异，提高质量和产量，并且易于应用、效率高、成本低，可以快速改良作物。植物病原体和恶劣的环境在世界范围内造成了相当大的农作物损失。GE 方法的出现为培育多种抗性作物品种打开了新的大门。本文，我们总结了 CRISPR/Cas 介导的 GE 在作物分子育种计划中抗生物和非生物胁迫的最新进展，其中包括修改和改进对真菌、病毒和细菌病原体引起的生物胁迫的基因反应。我们还深入讨论了 CRISPR/Cas 在植物非生物胁迫（除草剂、干旱、高温和寒冷）中的应用。此外，我们讨论了育种者使用转基因工具进行作物改良所面临的局限性和未来挑战，并提出了转基因农业应用未来改进的方向，为培育具有广泛抗生物和非生物胁迫能力的超级品种提供了新思路。
通过设计植物组织特异性反应实现抗旱
干旱是全球农业损失的主要原因，对粮食安全构成重大威胁。目前，植物生物技术是开发能够在缺水条件下高产作物的最有前途的领域之一。通过对拟南芥整株植物的研究，已经发现了对干旱胁迫的主要反应机制，并且已经将多种抗旱基因改造到作物中。到目前为止，大多数抗旱性增强的植物都表现出作物产量下降，这意味着仍然需要寻找能够将抗旱性与植物生长分离开来的新方法。我们实验室最近发现，油菜素内酯 (BR) 激素的受体使用组织特异性途径介导根生长过程中的不同发育反应。在拟南芥中，我们发现增加维管植物组织中的 BR 受体可以赋予植物抗旱性而不会损害其生长，这为研究赋予植物细胞特异性抗旱性的机制提供了绝佳的机会。在本综述中，我们概述了最有希望的表型干旱特征，这些特征可以通过生物技术加以改进，以获得耐旱谷物。此外，我们还讨论了当前的基因组编辑技术如何帮助识别和操纵可能赋予抗旱胁迫能力的新基因。在未来几年，我们期望通过共同努力，找到在缺水环境中提高作物产量的可持续解决方案。
全基因组鉴定 bHLH 转录因子及其在泌盐植物海薰衣草 (Limonium bicolor) 盐腺发育中的功能分析
具有基本螺旋-环-螺旋（bHLH）结构的转录因子广泛调控植物的生长、表皮结构发育、代谢过程和对压力的反应。海薰衣草（Limonium bicolor）是一种泌盐植物，其表皮中独特的盐腺使其具有很强的抗盐胁迫能力，有助于盐碱地的改良。但海薰衣草中bHLH转录因子家族的特征尚不清楚。本文通过遗传分析系统地分析了整个海薰衣草基因组中187个已鉴定的bHLH家族基因的特征、定位和系统发育关系，以及它们的顺式调控启动子元件、表达模式和在盐腺发育或耐盐性中的关键作用。已验证的9个海薰衣草bHLH基因在细胞核中表达且编码的蛋白在细胞核中发挥作用，其中Lb2G14060和Lb1G07934编码的蛋白也定位于盐腺中。 CRISPR-Cas9 敲除突变体和过表达株分析表明，Lb1G07934 编码的蛋白参与盐腺形成、盐分泌和抗盐性，表明 bHLH 基因对盐胁迫响应和表皮结构发育具有重要影响。本研究为进一步研究 bHLH 基因在盐芥中的作用和作用机制奠定了基础，为筛选提高作物抗盐性的耐盐基因和改良盐渍土奠定了基础。
预算公告执行情况...
农业与农民福利部 1. 该部门正在根据跨部门委员会推荐的优先领域开展研究，该委员会由农业研究和教育部（DARE）、农业和农民福利部、渔业部、畜牧业和奶业部部长组成。 2. 为提高农业生产力和开发气候适应性品种，研究目前集中于基因组编辑、生物强化、基因组选择、精准农业、无人机和传感器技术、营养保健品、自然积极农业、公私合作中的商品特定联盟。 3. 挑战领域的新项目由 ICAR 在公共和私营部门参与的竞争模式下以及私营部门的配套补助下资助。 4. 与农业大学、非政府组织、私营部门合作验证和展示开发的技术。 农业研究与教育部 定期审查基因组编辑项目。 气候适应性、高产和提高营养质量是所有作物改良计划的重点领域。自 2024 年 1 月以来，在 524 个大田作物品种/杂交种中，455 个品种/杂交种对一种或多种生物和/或非生物胁迫具有耐受性/抗性。其中 92 个品种经过培育，具有极强的抗非生物胁迫能力（雨养、干旱、洪水、涝渍、极端高温、低温、盐度、低磷），33 个品种经过生物强化，营养品质得到改善。
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。