抗除草剂杂草的敏捷添加会削减作物产值，对全球粮食安全构成了巨大应战。结合新式除草剂的缺少，培养抗除草剂作物成为一种有用的杂草操控战略。最近开发的聚类规矩距离短回文重复序列/CRISPR 相关蛋白 (CRISPR/Cas) 介导的基因组修改技能可以有显着效果地地靶向润饰，并在创立具有抗除草剂性的期望植物方面具有巨大潜力。

  基于此，来自中国农业科学院水稻研讨所水稻生物学国家重点实验室的王克剑研讨员及其团队在Genes期刊发表文章，总述了植物抗除草剂的机理，并评论了传统诱变和转基因育种在培养抗除草剂作物中的使用。

  除草剂抗性完成机制一般有靶位点骤变，靶位点基因扩增，添加除草剂解毒和代谢。方针位点骤变是作物抗除草剂的首要机制，已成功使用于许多作物种类的抗除草剂种质创立。挑选与重要抗性性状相关的靶标基因关于抗除草剂植物的发育具有极端重大意义。有必要留意一下的是，ALS (Acetolactate Synthase) 基因、 ACCase (Acetyl-CoA Carboxylase) 基因和 EPSPS (5-Enolpyruvylshikimate-3-Phosphate) 基由于培养抗除草剂作物供给了丰厚的潜在基因。

  现在，大多数商业化的抗除草剂作物是经过转基因育种技能取得的，约占一切转基因作物的 25%。CP4 基因，草甘膦 N-乙酰基转移酶基因 (GAT) 和草甘膦氧化还原酶基因 (GOX) 是农作物对草甘膦抗性的首要基因。与转基因办法相反，传统诱变育种发生的抗除草剂作物被以为对错转基因作物。经过诱变育种开发了一系列抗 ALS 抑制剂的玉米、小麦、水稻、油菜和向日葵，这些作物被商业化为 Clearfield 作物。

  图 1. 抗除草剂育种作物的培养。(A) 经过诱变办法来进行作物育种；(B) 经过转基因技能改进作物；(C) 经过 CRISPR/Cas 体系来进行作物遗传育种；(D) 用除草剂处理挑选抗性植物。

  最近开发的 CRISPR/Cas 介导的基因组修改技能为诱导不同作物的基因工程供给了一个有用的代替办法，在加快改进作物种类的开展方面显示出巨大的潜力。

  植物对除草剂的抗性标明，NHEJ (Nonhomologous End-Joining) 途径适合于开展作物的重要性状。但是，它们在作物改进中的使用适当有限，由于它们一般发生刺进或缺失，这在很大程度上导致功用损失骤变，而且许多农业上重要的性状由点骤变，基因替换或同源重组基因敲入赋予。

  HDR (Homology-Directed Repair) 途径可以终究靠靶向基因刺进或基因替换精确地润饰内源性基因，而 HDR 事情依然远低于 NHEJ。使用 CRISPR 体系来进行 HDR 依赖性基因组修改的最新使用可能为植物育种供给一种可行的途径。但任旧存在一些局限性，包含 NHEJ 修正途径的优势，供给满足的修正模板的困难，以及对细胞核酸酶降解的易理性。

  本文扼要总述了植物抗除草剂的机制和位点骤变，并评论了传统诱变育种与转基因育种在培养抗除草剂作物方面的差异。重要的是，王克剑研讨员及其团队重视 CRISPR/Cas 技能在抗除草剂作物改进中的开发和使用。此外，还评论了这一些办法在抗除草剂作物上的潜在使用。期望本研讨能为往后基因组修改技能在作物遗传育种中的使用供给新的思路。

  期刊主题涵盖了与 DNA、RNA、染色体、基因、遗传学和多组学相关的一切内容。下设 18 个专题，从人类、动物、植物、微生物、分子遗传、种群进化和高新技能等多个视点全方位审视遗传学和基因组学的前沿研讨。