摘要

土壤鹽分是全球農作物生產力的主要限制因素，這推動了對耐鹽品種的需求。盡管CRISPR-Cas基因組編輯技術為性狀改良提供了針對性的解決方案，但顯著的生物學和技術瓶頸限制了其在提高作物耐鹽性方面的應用。本系統綜述總結了83項同行評審研究（2015–2024年）的結果，這些研究利用CRISPR/Cas技術來提高五種主要作物（水稻、小麥、玉米、高粱、大麥）的耐鹽性。我們的系統評價發現，早期的單基因編輯雖然能夠實現一定的鹽分排除效果（30–50%的Na?排除率），但在田間條件下往往導致產量提升有限，這可能是由于補償性調節和環境變異的影響。文獻表明，涵蓋離子穩態、滲透保護和活性氧管理的多重基因編輯策略可以改善耐鹽性，并有助于在嚴重鹽分條件下維持產量；然而，其效益程度因作物、基因型和轉化/再生背景而異。蛋白質-蛋白質相互作用網絡識別出12個關鍵基因和3個功能模塊，其中SOS3和MPK6被認為是關鍵瓶頸，其功能紊亂可能會產生多效性影響。空間表達分析揭示了組織特異性的權衡：在莖部過度編輯根系優勢基因會導致產量下降15–28%，而針對組織特性的啟動子優化則減少了生理沖突。持續的挑戰包括基因型依賴性的轉化效率低下、表觀遺傳漂變以及鹽脅迫下的環境相互作用。總體而言，我們的綜合分析鞏固并完善了當前的耐鹽性基因組編輯最佳實踐，并指出了主要瓶頸——尤其是再生/轉化能力、基因型依賴性和表觀遺傳限制——這些因素應在實驗設計和報告中予以充分考慮。