基因组编辑技术应用于作物遗传改良的进展与挑战

文献类型： 中文期刊

第一作者： 王福军

作者： 王福军;赵开军

作者机构：

关键词： 基因组编辑;作物育种;遗传改良;TALENs;CRISPR/Cas

期刊名称： 中国农业科学

ISSN： 0578-1752

年卷期： 2018 年 01 期

页码： 1-16

收录情况： 北大核心 ; CSCD

摘要： 基因组定点编辑(site-specific genome editing)是指在基因组水平上对生物DNA序列进行定点改造的遗传操作技术,其在基因功能解析、动植物遗传改良和新品种培育等方面具有重大的应用价值。基因组定点编辑工作原理是利用序列特异性核酸内切酶(sequence-specific nucleases,SSNs)在基因组靶定位置切割DNA双链,造成DNA双链断裂(DNA double-strand breaks,DSBs),并通过非同源末端连接(non-homologous end joining,NHEJ)或同源重组(homology-directed repair,HDR)的DNA修复途径在基因组特定位点造成靶标基因的碱基插入、缺失或DNA片段替换,从而实现基因组的定点改造。目前,已成功应用于作物遗传改良的SSNs主要包括锌指核酸酶(Zinc finger nucleases,ZFNs)、类转录激活因子效应物核酸酶(transcription activator-like effector nucleases,TALENs)、成簇的规律间隔的短回文重复序列及其相关系统(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated proteins,CRISPR/Cas system)。从发展态势看,基于CRISPR/Cas系统的基因组编辑技术必将成为作物遗传改良和分子设计育种的核心技术之一。论文简要概述了ZFNs、TALENs和CRISPR/Cas系统这3种基因组编辑的技术背景及工作原理;结合案例重点综述上述3种技术在作物产量、品质、抗病性、抗逆性改良及水稻雄性不育系创制上的研究进展;详细梳理基于CRISPR/Cas的植物基因组单碱基编辑系统和DNA-free植物基因组编辑系统的技术创新和应用;比较分析3种技术的优缺点,并提出基因组编辑技术应用于作物遗传改良的一般原则;介绍了美国和欧盟等对基因编辑技术及其产品安全监管和商业化应用的政策法规,及业界人士对基因编辑作物提出的监管框架协议;最后,针对基因编辑技术自身的技术优势和缺陷,讨论该技术应用于作物遗传改良和分子育种的机遇和挑战。

分类号： S33

  • 相关文献

[1]基因组编辑技术在昆虫功能基因组研究中的应用. 张忠杰,刘晓静,李木旺,谭安江,黄勇平. 2015

[2]基因组编辑技术研究进展及其在植物中的应用. 徐华山,李培德,戴风美,刘凯,杨国才,李三和,闸文俊,周雷,陈志军,方国成,游艾青. 2015

[3]CRISPR/Cas9介导的基因组编辑技术及其在作物品种改良中的应用. 平文丽,李雪君,林娟,丁燕芳,孙焕,孙计平. 2016

[4]CRISPR/Cas基因组编辑技术在乳酸菌中的应用及研究展望. 李伟勋,芦晶,张书文,逄晓阳,吕加平. 2021

[5]基因编辑技术研究进展及在水稻品质研究中的展望（英文）. 朱明东,汤国华,凌春强,余应弘. 2017

[6]植物CRISPR/Cas无外源DNA基因组编辑技术研究进展. 陆地,胡春华,盛鸥,杨乔松,窦同心,何维弟,邓贵明,高慧君,刘思文,李春雨,董涛,易干军,毕方铖. 2024

[7]基因编辑技术及其在农作物中的应用进展. 闫磊,张金山,朱健康,夏兰琴. 2022

[8]基因组编辑技术的原理及应用. 贺飞燕,闫建俊,冯瑞云,张爱萍,张维锋. 2016

[9]CRISPR/Cas基因编辑技术及其在作物育种中的应用. 郑红艳,王磊. 2018

[10]基因编辑技术在作物育种中的应用与展望. 李树磊,郑红艳,王磊. 2020

[11]基因编辑技术及其在桑树育种中的应用前景展望. 黄锦,李勇,于翠,朱志贤,莫荣利,董朝霞,胡兴明,邓文. 2021

[12]CRISPR/Cas基因组编辑技术在果树育种中的应用. 倪海枝,王引,王平,程玉芳,颜帮国,陈方永. 2023

[13]CRISPR/Cas9基因组编辑技术及其在草类植物中的应用. 王丹,周美亮,李金博,孙占敏,吴燕民. 2017

[14]基因组选择育种探讨. 吴建忠. 2022

[15]非人灵长类动物基因编辑技术的应用及挑战. 毕延震,肖红卫,张立苹,任红艳,华再东,华文君,王正,牛敏杰,林郑云,任习东,孙理华,郑新民. 2018

[16]基因组编辑技术及其在植物遗传改良上的应用. 林雅容,周淑芬,朱义旺,孙庆山,陈惠妹,王锋. 2015

[17]TALENs:植物基因组定点剪辑的分子剪. 赵开军,杨兵. 2012

[18]TALENs和CRISPR/Cas9诱导绵羊成纤维细胞基因组定点双链断裂提高Rad51基因表达量. 杨娇,皮文辉,周平,李炜杰,何高明. 2015

[19]利用TALENs技术建立基因定点修饰的猪Oct-4-EGFP细胞系. 刘畅,冯冲,宋志强,李西睿,王宁,储明星,潘登科. 2013

[20]鳞翅目昆虫基因编辑技术研究进展. 程英,靳明辉,萧玉涛. 2020

作者其他论文 更多>>

微信小程序