定向編輯順式調控元件將可精確調節目標農藝性狀

　　近日，福建農林大學教授朱方捷課題組與中國熱帶農業科學院研究員呂培濤課題組在《生物技術通報（英文）》（aBIOTECH）發表綜述論文。文章總結了高通量鑒定順式元件組的四類主要方法，介紹了現有順式元件數據庫，探討了園藝作物中已鑒定的順式調控元件如何調控重要農藝性狀，并展望了順式調控元件在作物育種中的應用前景。

　　目前，已有超2000種植物基因組得到解析，如何解讀、破譯測序獲得的基因組密碼，是后基因組時代的重要任務。不直接編碼蛋白質的基因組“暗物質”區域——非編碼區中分布著大量可結合轉錄因子的功能位點，即順式調控元件（Cis-regulatory elements, CREs）。

　　所有順式元件形成順式元件組（Cistrome），其與轉錄因子的互作，調控著基因的定時、定點、定量表達。因此，系統鑒定順式元件組，不僅有助于注釋非編碼基因組功能片段、解析轉錄調控網絡，同時也可為作物種質創新提供重要育種靶點。

　　鑒定順式元件組的現有高通量方法主要基于以下四類原理：鑒定轉錄因子結合位點；鑒定相關表觀遺傳標記；基于序列活性的鑒定；基于基因組學的鑒定。

　　已報道的研究中，順式元件組與園藝作物的以下重要農藝性狀相關：調控果實成熟、果實形態、果實色素代謝、非生物脅迫的響應，以及促進園藝作物改良。

　　文章指出，目前高通量技術的興起已極大豐富了順式調控元件相關的數據集，但同步創新、開發可解析順式調控元件“語法”的數據分析方法也至關重要。近年來，人工智能與深度學習的發展為研究、設計順式調控元件提供了前所未有的機遇。未來的作物育種中，可通過精準設計、定向編輯相關順式調控元件，來精確調節目標農藝性狀，以開發具有更強氣候適應性及更高營養價值的園藝作物，貢獻于全球農業的可持續發展。

　　呂培濤與朱方捷為該論文通訊作者，福建農林大學未來技術學院博士生李甜和園藝學院講師曾雯為本文第一作者。研究得到了國家自然科學基金，國家重點研發計劃，熱帶作物生物育種全國重點實驗室項目，福建省雛鷹計劃青年拔尖人才項目以及人社部高層次海外人才項目的資助。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1007/s42994-025-00237-0