本科生一作第一发Top综述

2026年3月，鲁东大学资源与环境工程学院本科生孙新迪作为共同第一作者排名第一在《BMC Plant biology》(2 TOP, IF=4.8)上发表了题为 "Systematic synthesis of CRISPR/Cas applications forenhancing salt tolerance in crops: a decade of progress and challenges" 的学术论文，鲁东大学为论文第一署名单位和通讯单位。

土壤盐渍化已成为威胁全球粮食安全的首要非生物胁迫之一，据统计，目前全球20%以上的灌溉农田受盐害影响，若趋势持续，到2050年全球超半数耕地将面临盐渍化风险。传统育种与转基因技术在作物耐盐性改良中存在周期长、特异性差、 regulatory门槛高等局限，而CRISPR/Cas基因组编辑技术的出现，为精准改良作物耐盐性状提供了全新路径。

这项综述整合了2015-2024年间83项同行评审研究，系统剖析了CRISPR/Cas技术在水稻、小麦、玉米、高粱、大麦五大作物耐盐性改良中的应用进展、技术瓶颈与优化策略，为该领域的后续研究与田间应用提供了重要的理论与实践支撑。

该研究的核心价值在于，突破了单一研究的局限性，通过系统性整合与数据分析，首次明确了CRISPR/Cas技术在作物耐盐改良中的应用规律、核心瓶颈及解决方案，填补了该领域缺乏系统性总结的空白。

研究团队通过严格的文献筛选，聚焦采用CRISPR/Cas技术、明确关联耐盐生理机制且提供定量表型数据的研究，从基因编辑策略、生理机制、技术瓶颈、表观遗传调控等多个维度，开展了全面的整合分析。

在编辑策略的演进方面，研究清晰呈现了从“单基因编辑”到“多重编辑”的发展趋势。早期研究多聚焦于单一耐盐相关基因的编辑，如离子稳态调控基因SOS1、HKT1;5等，这类编辑虽能在实验室条件下实现30%-50%的Na⁺排斥效率，但在田间环境中往往难以实现显著的产量提升，核心原因在于耐盐性状的多基因调控特性——单一基因编辑无法兼顾离子稳态、渗透调节、活性氧（ROS）清除等多个相互关联的生理过程，且易引发代偿性离子毒性。而研究发现，78%的高产量保留（盐胁迫下产量保留率超50%）研究均采用了多重编辑策略，通过同时编辑不同生理途径的基因，如离子稳态相关的SOS1与NHX1、渗透保护相关的P5CS与BADH1、ROS清除相关的APX2与SOD1，实现了耐盐性与产量的协同提升，验证了“多途径协同编辑”的科学性。

通过蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络分析，研究识别出12个核心枢纽基因和3个功能模块，其中SOS3与MPK6被证实为关键瓶颈基因——这类基因的编辑虽可能增强耐盐性，但易引发多效性效应，影响作物正常生长发育。同时，组织特异性表达分析揭示了耐盐基因的空间调控规律：根系优势基因如SOS1、HKT1；5主要负责离子排斥，茎叶优势基因如P5CS、SLAC1主要参与渗透调节，而68%的研究采用组成型启动子如35S、泛素启动子，打破了这种天然的空间分工，导致小麦产量降低15%-28%、玉米籽粒变小19%。相反，采用组织特异性启动子如RCc3驱动根系SOS1表达或诱导型启动子如RD29A驱动NHX1表达，可有效减少生理冲突，实现耐盐性与产量的平衡。

技术瓶颈的系统剖析是该综述的另一大亮点。研究明确指出，当前CRISPR/Cas技术在作物耐盐改良中的应用仍面临三大核心瓶颈：一是基因型依赖的转化效率差异，仅23%的研究实现多基因型稳定编辑，如粳稻Nipponbare转化效率可达68%，而籼稻IR64仅为22%；二是再生与嵌合性问题，72%的转化尝试存在再生失败，65%的研究存在嵌合现象，大麦需比水稻多3倍世代才能实现编辑纯合；三是表观遗传与环境互作限制，水稻编辑位点易发生DNA甲基化漂移，小麦易出现转录沉默，且55%的编辑株系在盐胁迫与高温、强光等复合胁迫下，耐盐优势会被抵消，凸显了基因-环境G×E互作的复杂性。

针对上述瓶颈，研究提出了针对性的优化路径：在编辑策略上，应优先采用“模块导向编辑”，聚焦单一功能模块内的协同基因，避免编辑SOS3等瓶颈基因；在技术层面，推广DNA-free RNP递送方式，减少脱靶突变，结合发育调控因子辅助再生，提升转化效率；在表达调控上，广泛应用组织特异性、胁迫诱导型启动子，实现基因表达的时空精准调控；在验证层面，强化多环境、多基因型验证，重视表观遗传稳定性的监测，确保编辑性状的田间持久性。

该综述的创新之处在于，不仅整合了技术应用的宏观趋势，更通过多组学分析结合转录组、表观组与网络生物学方法，揭示了耐盐性状的分子调控网络与编辑策略的内在关联，纠正了“单一基因编辑即可实现高效耐盐”的认知偏差。同时，研究明确了当前研究的局限性，如Cas12a、碱基编辑等新型编辑工具应用不足，不同作物的编辑技术体系不均衡，以及编辑性状的长期稳定性数据缺乏等，为后续研究指明了方向。

从实践价值来看，该综述为作物耐盐性改良提供了可落地的技术框架——通过多重编辑、精准调控、多环境验证的整合策略，可有效突破传统技术的局限，加速耐盐作物品种的培育。尤其在全球气候变暖导致盐渍化加剧的背景下，该研究的结论不仅为CRISPR/Cas技术在作物抗逆育种中的应用提供了理论支撑，也为保障粮食安全、推动盐碱地资源开发提供了重要的技术参考。

综上，这项系统性综述，全面梳理了CRISPR/Cas技术在作物耐盐改良领域十年的研究成果，清晰剖析了技术应用的优势与瓶颈，提出了科学可行的优化策略，为该领域的后续研究提供了重要的指引。随着编辑技术的不断迭代与多学科的深度融合，CRISPR/Cas技术有望实现作物耐盐性与产量的协同提升，为破解全球盐渍化带来的粮食安全挑战提供全新解决方案。

参考链接：https://link.springer.com/article/10.1186/s12870-026-08295-2

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