基因組編輯技術助力作物遺傳改良和未來農(nóng)業(yè)發(fā)展

全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正經(jīng)受人口快速增長以及頻繁發(fā)生的極端氣候、干旱、澇害和鹽堿等環(huán)境災害與病蟲害的嚴重威脅，世界糧食安全面臨到2050年需養(yǎng)活100億人的巨大挑戰(zhàn)。因此，培育高產(chǎn)優(yōu)質廣抗新品種是解決世界糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的最佳途徑。

遺傳變異是作物育種的遺傳基礎，傳統(tǒng)技術存在育種周期長、資源缺乏和育種目標的隨意性等局限?；蚪M編輯技術能夠高效、快速地對多個數(shù)量性狀位點的特定基因進行定點突變或修飾，快速形成多種性狀的疊加，從而產(chǎn)生預期的目標性狀。利用基因組編輯技術對作物性狀進行遺傳改良，提高作物產(chǎn)量、品質以及抗逆抗病性，可以打破現(xiàn)有的育種瓶頸，縮短育種進程，為保障全球糧食安全帶來了前所未有的發(fā)展機遇，開啟了農(nóng)作物遺傳改良的一次新革命。

農(nóng)作物常規(guī)育種的雜交選擇的育種目標隨機且周期長，需要數(shù)年多世代的自交純化來獲得遺傳穩(wěn)定的材料，如玉米傳統(tǒng)育種需要7-8世代以上的自交純化。近年來雙單倍體技術、智能化雄性不育技術、基因編輯技術、雜種優(yōu)勢固定技術（無融合生殖技術）、基因組智能設計等關鍵育種技術極大地提升了農(nóng)作物的育種創(chuàng)新能力，促進了作物育種精準化、高效化和規(guī)模化的轉型升級。特別是近年來以CRISPR/Cas9為代表的基因組編輯技術在農(nóng)作物遺傳改良方面表現(xiàn)出簡便、高效和精準的優(yōu)勢，成為農(nóng)作物生物育種技術的新引擎。美國在幾個月內(nèi)就利用CRISP-Cas9技術培育出高產(chǎn)優(yōu)質的商業(yè)化糯玉米品種，開創(chuàng)了農(nóng)作物生物技術育種的新時代。美國原杜邦-先鋒公司創(chuàng)制的新型雄性不育制種技術，成功解決了細胞核雄性不育系的保持問題和雄性不育種子的自動化分撿，突破了傳統(tǒng)細胞質雄性不育利用制種的局限。

最近利用基因組編輯工具對植物內(nèi)源基因編輯獲得單倍體誘導系，為農(nóng)作物快速高效育種提供了強有力的技術支持。單倍體技術先后突破高效誘導、精準鑒別和高效加倍三大關鍵技術環(huán)節(jié)，促進了單倍體玉米工程化育種發(fā)展，成為當前應用的主要技術手段。玉米單倍體育種技術僅經(jīng)過1-2世代即可創(chuàng)制在育種生產(chǎn)上利用的純系，大大加快了育種進程。

雜種優(yōu)勢的利用對作物產(chǎn)量的提高作出了巨大貢獻，然而雜種優(yōu)勢只在F1代表現(xiàn)。無融合生殖可以永久固定雜交種的雜種優(yōu)勢在后代中不分離，不僅大幅降低制種成本，更加廣泛地利用雜種優(yōu)勢。最近通過基因組編輯技術對調控減數(shù)分裂的4個關鍵基因的敲除實現(xiàn)了水稻雜種優(yōu)勢的固定。

強化核心育種技術的自主研發(fā)能力，加強現(xiàn)代生物育種技術與傳統(tǒng)育種技術緊密結合，突破雙單倍體、基因編輯、全基因組選擇、基因組智能設計等前沿育種技術研發(fā)瓶頸，集成構建農(nóng)作物智能設計育種技術體系，為農(nóng)作物的新品種選育提供了新工具。