基因编辑技术之“源”力量：加速作物从头驯化

　　当今优良作物品种都是由野生物种驯化而来。在漫长的作物进化和演练历程中，常规选择育种在作物产量和品质改良中发挥了重要作用，但也导致野生物种的营养元素和抗逆性等优良性状相继丢失。此外，人工选择育种很难实现多性状的快速聚合，且不良性状可能通过“搭载效应”保留下来。想留的难以兼留，想弃的不能舍弃。

　　如何克服这些育种瓶颈?CRISPR/Cas基因编辑技术给出了答案：通过实现野生物种的快速精准“从头驯化”，有效应对未来粮食安全的挑战，开启作物育种的新时代。

　　2017年，科研人员提出了人工选择育种和基因组编辑等技术相结合的“从头驯化”(De novo domestication)育种策略，将现代栽培种中控制产量、营养品质等特性的关键基因引入野生种中，既保留野生植物优良性状，又高效精准改良其未驯化的性状，使其主要农艺性状达到现代品种水平，培育出高产优质多抗的全新作物。

　　2018年，科研人员利用基因编辑技术对野生番茄中控制生长习性、果实形状、果实数和营养品质等性状相关的基因进行编辑，实现了野生番茄的快速从头驯化，获得果实增大、果实数增多和番茄红素含量显著提高的新材料，开启了基因编辑“从头驯化”野生植物的时代。

野生番茄驯化：野生番茄(左)和驯化后的番茄(右)

(Zsögön A, et al. 2018 De novo domestication of wild tomato using genome editing. Nat Biotechnol.36,1211-1216)

　　中国科学院院士李家洋等科研人员提出基因编辑技术“从头驯化”新作物的4个步骤：筛选综合性状最佳的野生种质资源;建立野生种从头驯化技术体系，包括参考基因组的绘制、高效遗传转化体系和基因组编辑技术体系;品种分子设计与驯化，包括基因功能验证、品种分子设计、基因编辑与田间性状评估;新作物的推广应用。

　　科研人员对异源四倍体野生稻的多个基因进行编辑，创制出落粒性低、芒长短、株高变矮、粒变长和花期缩短的新型多倍体水稻材料，显示出比当代二倍体品种有产量高和适应性好的特性，首次将异源四倍体野生稻的从头驯化成栽培品种，为作物快速育种提供了新的策略。

异源四倍体野生稻的快速从头驯化

《https://m.thepaper.cn/baijiahao_16155766》

　　中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究员等科研人员运用基因编辑技术，精准靶向野生番茄多个产量和品质性状控制基因的编码区及调控区，在保留其对盐碱和疮痂病天然抗性的前提下，将产量和品质性状精准地导入了野生番茄，实现野生番茄光敏性、果实变大、果实数量增加和植株紧凑的同步改良，加速了野生植物的人工驯化。该研究首次通过基因编辑实现野生植物的快速驯化，为精准设计和创造全新作物提供了新的策略。

　　2022年，中国科学院许操研究员等科研人员开发“二合一”快速育种新策略，该策略将从头驯化育种方法和常规杂交育种技术高度融合，在番茄中实现了耐逆性状的快速导入和多样化种植模式的“一键”创制，为高效、快速利用优异野生资源和栽培种质资源培育优良作物品种的驯化育种提供了新思路。

“二合一”快速驯化育种流程图

　　《Xie Y, et al. 2022 A two-in-one breeding strategy boosts rapid utilization of wild species and elite cultivars. Plant Biotechnol J. 20(5):800-802.》

　　这些研究表明，将基因组编辑和精准育种相结合的从头驯化将开启作物育种的新浪潮，会有更多的野生作物驯化成优良的栽培品种，引领农业领域的“第三次绿色革命”。