摘要

在過去的幾十年里，豆類基因組學領域取得了巨大的進展。為豆類作物生成的基因組信息正通過分子育種和轉基因方法得到應用。然而，知識產生與實際利用之間的差距卻在不斷擴大。在這方面，基因組編輯技術的最新發展為利用現有知識改良豆類作物提供了極好的機會。本文重點介紹了基于 clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/CRISPR-associated protein 9 (Cas9) 的基因組編輯技術的最新進展，包括 Cas 變體/同源物、無 protospacer adjacent motif (PAMless) 的基因組編輯、多重基因組編輯、堿基編輯、prime editing、轉錄調控、甲基組編輯以及無 DNA 的編輯方法。此外，還討論了基于非同源末端連接 (NHEJ) 和同源定向修復 (HDR) 的編輯技術，這些技術可以實現靶向和精確的基因組修飾。病毒介導的基因組編輯、植物轉化以及可移動的引導 RNA 也被越來越多地用于提高基因組編輯的效率和遺傳穩定性。同時，人工智能在引導 RNA 設計、脫靶預測以及新型 Cas 變體開發中的作用也得到了探討，這些技術有助于加速豆類作物的改良。文章列舉了利用 CRISPR/Cas9 技術培育出具有生物和非生物抗性、理想植株結構、增強養分吸收能力以及提高產量和品質的豆類作物的成功案例。豆類作物基因組編輯的最大限制在于它們對轉化和組織培養的抗拒性。本文探討了如何在基因組編輯的背景下解決這一難題。最后，還討論了將這些新開發的工具與轉化育種相結合的可能性，這將為可持續農業和糧食安全提供支持。