基因组编辑技术助力作物遗传改良和未来农业发展

全球农业生产正经受人口快速增长以及频繁发生的极端气候、干旱、涝害和盐碱等环境灾害与病虫害的严重威胁，世界粮食安全面临到2050年需养活100亿人的巨大挑战。因此，培育高产优质广抗新品种是解决世界粮食安全和农业可持续发展的最佳途径。

遗传变异是作物育种的遗传基础，传统技术存在育种周期长、资源缺乏和育种目标的随意性等局限。基因组编辑技术能够高效、快速地对多个数量性状位点的特定基因进行定点突变或修饰，快速形成多种性状的叠加，从而产生预期的目标性状。利用基因组编辑技术对作物性状进行遗传改良，提高作物产量、品质以及抗逆抗病性，可以打破现有的育种瓶颈，缩短育种进程，为保障全球粮食安全带来了前所未有的发展机遇，开启了农作物遗传改良的一次新革命。

农作物常规育种的杂交选择的育种目标随机且周期长，需要数年多世代的自交纯化来获得遗传稳定的材料，如玉米传统育种需要7-8世代以上的自交纯化。近年来双单倍体技术、智能化雄性不育技术、基因编辑技术、杂种优势固定技术（无融合生殖技术）、基因组智能设计等关键育种技术极大地提升了农作物的育种创新能力，促进了作物育种精准化、高效化和规模化的转型升级。特别是近年来以CRISPR/Cas9为代表的基因组编辑技术在农作物遗传改良方面表现出简便、高效和精准的优势，成为农作物生物育种技术的新引擎。美国在几个月内就利用CRISP-Cas9技术培育出高产优质的商业化糯玉米品种，开创了农作物生物技术育种的新时代。美国原杜邦-先锋公司创制的新型雄性不育制种技术，成功解决了细胞核雄性不育系的保持问题和雄性不育种子的自动化分捡，突破了传统细胞质雄性不育利用制种的局限。

最近利用基因组编辑工具对植物内源基因编辑获得单倍体诱导系，为农作物快速高效育种提供了强有力的技术支持。单倍体技术先后突破高效诱导、精准鉴别和高效加倍三大关键技术环节，促进了单倍体玉米工程化育种发展，成为当前应用的主要技术手段。玉米单倍体育种技术仅经过1-2世代即可创制在育种生产上利用的纯系，大大加快了育种进程。

杂种优势的利用对作物产量的提高作出了巨大贡献，然而杂种优势只在F1代表现。无融合生殖可以永久固定杂交种的杂种优势在后代中不分离，不仅大幅降低制种成本，更加广泛地利用杂种优势。最近通过基因组编辑技术对调控减数分裂的4个关键基因的敲除实现了水稻杂种优势的固定。

强化核心育种技术的自主研发能力，加强现代生物育种技术与传统育种技术紧密结合，突破双单倍体、基因编辑、全基因组选择、基因组智能设计等前沿育种技术研发瓶颈，集成构建农作物智能设计育种技术体系，为农作物的新品种选育提供了新工具。