專家簡介

博士，助理研究員

必威betways 農業生物基因研究中心作物基因資源發掘與利用團隊骨幹成員，主要從事水稻抗病機理研究與基因編輯技術研發。近3年主持國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、中國博士後科學基金、廣州市重點研發計劃等項目6項；以第一或共同第一作者在《Nature Plants》《Journal of Integrative Plant Biology》《Science China Life Sciences》《Genes》《Analytical Biochemistry》《Scientific Reports》等期刊發表SCI論文6篇；以第一發明人獲授權國家發明專利1件；獲必威betways 科學技術獎一等獎1項。

【作者及單位】薛 皦，朱慶鋒，陳 沛，馮彥釗，於 洋*（必威betways 農業生物基因研究中心 / 廣東省農作物種質資源保存與利用重點實驗室，廣東 廣州 510640）

【基金項目】廣東省自然科學基金（2021A1515110411）；必威betways 新興團隊項目（202131TD）；廣州市重點研發計劃項目（2024B03J1363）；必威betways 農業生物基因研究中心創新基金（202203）

.本文引用格式

薛皦, 朱慶鋒, 陳沛, 馮彥釗, 於洋. 植物染色體重排在作物遺傳改良中的應用研究進展[J]. 廣東農業科學, 2024, 51(3): 1-13. DOI: 10.16768/j.issn.1004-874X.2024.03.001.

　　XUE Jiao, ZHU Qingfeng, CHEN Pei, FENG Yanzhao, YU Yang. Advances in the Application of Plant Chromosome Rearrangement in Crop Genetic Improvement[J]. Guangdong Agricultural Sciences, 2024, 51(3): 1-13.

摘要　　染色體重排是一種可能導致DNA片段丟失、重複、易位和倒位的機製，從而改變基因組結構，為創造新的變異性狀提供可能。植物染色體重排事件的準確鑒定有助於更深入地理解植物基因組的結構、功能及它們在植物演化和作物育種中的作用。該文深入探討了植物染色體重排的基本概念，介紹了植物染色體重排的自然發生和人工誘導的技術方法，闡述了植物染色體重排的細胞生物學、分子遺傳學和高通量測序鑒定方法。同時，係統總結了植物染色體重排技術在作物遺傳育種中的應用，結合具體實踐，著重強調了染色體重排技術在提高農作物的遺傳多樣性、改良農作物的重要性狀、增強農作物的環境適應性等方麵極具優越性。然而，目前染色體重排的發生概率較低，技術上仍存在挑戰，需要更多精準的工具和策略來實現染色體片段的精準定位和重排。通過全麵了解染色體重排及其相關技術，研究人員和育種家可以更好地利用植物基因組，為全球糧食安全和環境可持續發展提供創新解決方案。相關研究不僅為深入認識植物基因組提供新途徑，也為未來創新作物育種奠定堅實基礎。通過挖掘植物基因組的多樣性和可塑性，染色體重排技術有望為培育高產、優質、多抗的農作物新品種提供更多可能性，對解決全球日益嚴峻的糧食安全和氣候適應性問題具有重要意義。

研究內容

0 引言

1植物染色體重排的基本概念

2　植物染色體重排的發生機製和技術手段

　　2.1　染色體重排的發生機製

　　2.2　創製染色體重排的技術手段

3　植物染色體重排的鑒定方法

　　3.1　細胞生物學檢測方法

　　3.2　分子遺傳學檢測方法

　　3.3　高通量測序及生物信息學分析法

4　植物染色體重排在作物遺傳育種中的應用

　　4.1　提高農作物的遺傳多樣性

　　4.2　改良農作物的重要性狀和環境適應性

5　總結與展望

作物種質創新與分子育種是生命科學和農學研究的重要內容，也是國家戰略性、基礎性核心任務之一。近年來，作物育種麵臨著遺傳基礎狹窄、種質資源同質化等日趨嚴峻的問題，這不僅限製了優質、高產品種的高效培育，而且對作物病蟲害抗性、環境適應性和農業發展的可持續性帶來極大挑戰^[1]。農作物性狀的遺傳穩定性受到基因型和環境壓力的共同影響。維持遺傳多樣性是農作物在不同環境壓力下適應和生存的基礎，因此在染色體水平解析遺傳變異的形成與調控機製對作物的遺傳改良實踐至關重要。

　　染色體重排是指基因組中染色體的結構重新組合，導致基因座在染色體上的位置發生變化。得益於近年來基因組學、細胞生物學和分子遺傳學的迅速發展，人們可以更深入地了解作物種質資源中自然發生的染色體變異及其生物學功能。不僅如此，植物染色體重排技術作為一種重要的遺傳工程手段也備受關注，利用該技術可以人為主動、高效精準地控製植物細胞中的染色體結構，加速作物的演化進程，為優良品種的選育提供多樣化的遺傳資源和可供利用的物質基礎。染色體重排技術的應用不僅有望提高作物的產量和品質，還可能改善作物的抗病性和環境適應性，從而為全球糧食安全和農業可持續發展作出重要貢獻。

　　染色體重排研究在動植物中已得到廣泛報道，這一領域的深入研究不僅豐富了我們對生物遺傳學的認識，同時也為作物遺傳改良和育種領域帶來新的機遇。然而，針對植物染色體重排在不同作物遺傳改良中的具體應用，進行係統分類和總結將有助於更全麵地了解這一技術的現有研究進展和發展方向。本文將深入探討植物染色體重排的基本概念、技術方法及其在作物遺傳育種中的應用，同時展望該技術的應用前景，為研究人員提供係統的理論支持和實踐參考。通過對植物染色體重排技術的深入了解，研究人員和育種家可以更好地認識和利用植物的基因組，為解決全球糧食安全和環境可持續發展等重大挑戰提供創新解決方案。

1　植物染色體重排的基本概念

染色體重排是一種重要的基因組變異形式，通常發生於染色體斷裂或損傷的情況下。在重新連接過程中，染色體片段可能會以異常的方式連接起來，導致染色體結構變異和重新組合。染色體重排包括插入（Insertion）、缺失（Deletion）、重複（Duplication）、拷貝數變異（Copy number variations，CNVs）、倒位（Inversion）和易位（Translocation）（圖 1），每種形式都可能對植物基因組產生不同程度的影響^[2-4]。其中，插入是指在染色體片段上加入新的DNA片段，可為單個或多個核苷酸，甚至是一大段核苷酸序列；缺失是指染色體上的某些DNA片段丟失或缺失，可能包括一個或多個基因，將導致染色體上的基因組結構發生變化；重複是指染色體上產生一個或多個與自身DNA片段相同區段（可以小到幾個堿基，也可以大到一個主要染色體區域）的一種變異，所有生物體、尤其是在植物基因組中會出現大量重複的現象；拷貝數變異是指特定DNA片段的拷貝數發生變化，這些結構差異可能是通過重複、缺失或其他變化產生的，並可能影響DNA鏈的長度，導致個體間基因拷貝數差異；倒位是指當一個片段在一條染色體內斷裂並以相反的方向重新連接時，染色體發生倒位，DNA可能會在這個過程中丟失，也可能不會丟失，但可導致基因的排列順序發生改變；易位是指當一條染色體斷裂，染色體碎片重新附著在其他不同的染色體上時，發生遺傳學易位，易位可發生在染色體之間或染色體內部，導致染色體上的特定基因位置發生改變^[5-8]。

2　植物染色體重排的發生機製和技術手段

　　2.1　染色體重排的發生機製

　　在植物中，自發性的染色體重排主要與物種形成、基因組演化及雜合體的遺傳隔離有關，可能導致雜交不育、著絲點變化、新的開放閱讀框形成、基因破壞、染色體片段移除、表達譜改變等^[9-12]。植物自發性染色體重排通常被認為是由遺傳漂變、環境壓力或者其他未知因素引起的。通過對亞洲栽培稻、非洲栽培稻等不同水稻品種進行測序和構建水稻泛基因組的研究表明，水稻種群中存在大量結構變異和基因拷貝數變異，這些變異對調控水稻農藝性狀、推動水稻進化與馴化有著至關重要的影響^[13]。

　　染色體內或染色體間的變異可自然發生，並影響物種的形成和適應性演化等過程。染色體重排可由不同的DNA修複機製介導，通常DNA雙鏈斷裂（Double-strand breaks，DSB）可以通過兩種主要途徑修複：非同源末端連接（Non-homologous end joining，NHEJ）和同源重組（Homologous recombination，HR），HR依賴於利用同源模板，而NHEJ則是將斷裂的DNA末端重新連接。如果DSB在修複時存在足夠多的同源性區域，則可能導致非等位基因同源重組（Nonallelic homologous recombination，NAHR），這種機製能夠在基因組中引起大量的重排事件，形成重複的染色體變異^[14]。例如，基因組重複區域發生DSB可能導致這些重複區域頻繁發生重排事件，增強了基因組的不穩定性，增加了新的遺傳變異產生幾率。

2.2　創製染色體重排的技術手段

　　作物育種依賴減數分裂過程中同源染色體間的互換以產生新的等位基因組合。雜交可組合有利性狀、消除不利性狀^[15]。然而，由於自然進程中交叉互換的頻率和分布受到嚴格限製且難以控製，染色體上的很多部分不參與遺傳交換。因此，理想的重組結果非常有限，連鎖阻力往往不可避免^[16]。通過現代生物技術誘導植物染色體重排不僅可以加快育種進程，還可以為基因組研究和生物技術應用提供重要支持，有助於促進作物遺傳育種和生物技術領域的發展和進步。為更高效地操控染色體並創造染色體重排，近年來發展了多種誘導植物染色體重排的技術方法。

2.2.1 傳統的雜交方法傳統的雜交方法是通過人為選擇和交配具有不同染色體結構和基因型的植物，利用雜交後代的染色體重新組合引入新的遺傳變異。這種方法依賴於雜交過程中染色體的交換和重組，使得雜交後代產生新的染色體組合和遺傳變異。常見的方法如染色體片段代換係的構建及應用^[17-19]。

2.2.2 物理化學誘變法　物理化學誘變是通過利用物理因素（如輻射）或化學誘變劑（如甲基磺酸乙酯、EMS）來誘導植物基因組突變。這些突變包括染色體重排（如片段缺失、倒位、易位等），以及基因突變（如堿基替換、插入、缺失等）。電離輻射可導致染色體直接斷裂，也可產生DNA損傷，並在之後的複製、修複過程中引發變異。利用EMS可誘導小麥－華山新麥草染色體易位^[20]。用花粉輻射法可大量生產硬粒小麥- 簇毛麥二倍體的屬間染色體易位^[21]，為小麥育種創造了新的種質資源。

2.2.3 轉座子誘導法　通過誘導轉座子可以促進染色體片段的移動和重排，產生新的遺傳變異和基因組結構變化。在物種演化進程中，轉座子的擴增和重複在玉米^[22-23]、棉花^[24]、辣椒^[25]、擬南芥^[26]、水稻^[27]等多個物種的馴化和適應性演化進程中發揮了重要作用。此外，Ac/Ds轉座子係統還與序列特異重組係統Cre/Lox聯合使用，進行染色體結構的靶向誘變，目前已在煙草、擬南芥等植物中誘導了染色體的缺失、倒位和易位等突變^[28-31]。

2.2.4 基因編輯技術誘導法 　基因編輯技術引領了染色體重排的新時代，利用這些技術可以精準地修改染色體上的基因或序列，誘導染色體重排。這一領域的演進經曆了從設計蛋白質結構與目標DNA序列結合、引發DNA雙鏈切割誘導細胞修複進行編輯的階段，到以CRISPR係統為標誌，利用RNA引導蛋白與目標DNA序列結合，通過RNA-DNA互補配對實現基因組定點編輯的發展曆程。

　　（1）早期的核酸酶編輯技術：鋅指核酸酶（Zinc finger nucleases，ZFN）和轉錄激活因子樣效應核酸酶（Transcription activator-like effector nuclease，TALEN）是早期發展的核酸酶修飾、改造基因組的工具酶。利用ZFN技術，在擬南芥中可實現串聯排列基因的缺失和倒位^[32]，還在煙草中成功刪除了4.3 kb的大片段^[33]。在水稻愈傷組織中使用2對TELENs產生了相同類型的染色體重排，但是未能遺傳到下一代植株^[34]。此外，歸巢核酸內切酶I-SceI也被應用於植物染色體重排的誘導。在擬南芥兩個不同的染色體上誘導2個DSB，可以交換2個染色體臂，導致易位^[35]。

　　（2）CRISPR-Cas係統：CRISPR-Cas係統是最新的基因編輯技術，可以更高效、精準地改變染色體上特定基因或序列的排列順序或結構^[36]。近年來，不同類型的CRISPR係統被廣泛地應用於植物染色體重排操作中。HEI10是水稻重組關鍵基因，利用CRISPR-Cas9技術對HEI10的啟動子區或5' UTR區進行編輯，突變株遺傳重組頻率相應發生改變^[37]。基於CRISPR-Cas係統對單個或多個基因進行基因編輯已經成為常規操作，但在植物中同時引入多個DSB位點以實現染色體重排的研究尚處於起步階段^[38-40]。真核生物基因組中廣泛的、大量的存在染色體上串聯排列的同源基因，稱為Tandemly arrayed genes（TAG）。在成對的gRNA引導下，CRISPR介導的TAG敲除會引發高頻的染色體缺失/ 倒位雙等位變異^[41]，為多位點染色體重排提供了潛在工具。通過設計組織特異啟動子驅動Cas9表達、雙sgRNA設計等方法，研究人員在擬南芥、玉米、大豆等物種中成功實現了染色體大片段的倒位、刪除等變異^[42-45]。除了基於Ⅱ型CRISPR的Cas9係統，其他類型CRISPR也被開發利用。其中CRISPR-Cas12a/CRISPR-Cas12b係統具有分子量更小、脫靶率低等優勢，而CRISPR-Cas3係統在不同作物中表現出更高的大片段敲除效率。Li等^[46-47]利用CRISPR/Cpf1（Cas12a）係統在棉花中實現了靶向刪除。Wang等^[48]利用Cas12b（C2c1）係統在陸地棉中成功地靶向刪除。Li等^[49]利用I型CRISPR的Cas3 Dvu I-C係統進行雙靶點設計，可在玉米和水稻中有效地刪除大片段。此外，大規模、全局性、基因組水平的染色體重排已在哺乳動物細胞中得以實現，Liu等^[50]使用CRISPR-Cas9靶向人類基因組多拷貝的逆轉座子LINE-1/Alu，誘發了大規模的基因組DSB和染色體重排事件，然而此類技術在植物中尚未見報道，未來在植物中進行大規模染色體重排操作仍有廣闊的挖掘空間。

　　上述方法在植物育種和基因組研究中扮演著重要角色。利用這些技術，研究人員可以根據特定需求改變染色體的序列排列，為改變植物基因組的結構和功能提供多樣化的工具和途徑。

3　植物染色體重排的鑒定方法

3.1　細胞生物學檢測方法

染色體核型分析是最傳統的細胞遺傳學檢測方法之一。該方法主要是選取細胞分裂中期的染色體，經過染色和顯帶處理後，通過顯微鏡觀察染色體核型的形態變化、數量變化及任何可見的重排現象，如倒位、插入、缺失等。但由於是細胞水平的檢測，無法以更高的分辨率檢測基因組堿基層麵的序列變異^[51]。熒光原位雜交技術（Fluorescencein situhybridization，FISH）也常被用於植物染色體重排的可視化鑒定，其原理是將熒光素（如生物素、地高辛等）直接或間接標記的探針與待測樣本中的核酸序列按照堿基互補配對的原則進行雜交，經洗滌後直接在熒光顯微鏡下觀察，可用於檢測染色體上的缺失、重排或插入等事件^[52-54]。

3.2　分子遺傳學檢測方法

分子標記是指可反映生物個體或物種種群間基因組差異的特征DNA片段，包括SNP（Single nucleotide polymorphism）標記分析、SSR（Simple sequence repeat）標記分析、AFLP（Amplified fragment length polymorphism）標記分析等。具有數量多、多態性高、信息量大、取材不受限、基因組分布均勻、檢測成本低等特點。然而，分子標記技術通常需要對目標序列進行特定的擴增和檢測，因此需要預先設計特定位點，對於未知的染色體重排事件或不穩定的遺傳變異可能無法提供有效的檢測^[55]。

3.3　高通量測序及生物信息學分析法

基於二代、三代測序技術對個體或群體進行基因組重測序或基因組從頭組裝，可以獲得不同作物物種的遺傳資源多樣性，並構建該物種的“泛基因組”^[56-57]。通過比較基因組學分析方法對不同物種、不同個體間的基因組序列進行比較，可以幫助研究人員揭示染色體重排事件在物種進化和遺傳變異中的作用和意義。Qin等^[13]挑選了33個具有高度代表性的水稻樣本，利用第三代基因測序技術，對其中的31個樣本進行了長片段測序、高質量基因組組裝和基因注釋，通過與已報道的‘日本晴’和‘蜀恢498’的參考基因組係統比較分析，共發現171 072個染色體結構性變異和22 549個基因拷貝數變異。Zhang等^[58]通過三代測序引入長讀長數據，創新構建了水稻泛基因組，與二代測序短讀長數據相比，包含了604 Mb的新序列，明顯增加了基因組的完整性和信息量。Shang等^[59]基於三代長讀長數據從頭組裝了251份高質量水稻基因組序列，並將鑒定到的159 491個染色體結構變異信息整合為圖形化的變異圖譜。上述研究為深入理解作物基因組的結構和變異提供了豐富的信息資源。

4　植物染色體重排在作物遺傳育種中的應用

4.1　提高農作物的遺傳多樣性

近年來，全球農業麵臨著人口增長、氣候變化、土地資源減少及有害生物增加等挑戰，作物育種是應對這些挑戰的重要途徑之一。在人類長期的馴化和選育中，栽培水稻的遺傳基因出現明顯的同質化，導致豐富性和多樣性減少（圖 2A）。盡管已育成的品種在產量和品質方麵表現較佳，但卻引發遺傳基礎狹窄化的問題，為全球農業可持續發展帶來極大的風險和不確定性。作物的“從頭馴化”是近年來發展出的一種作物育種新策略，在應對未來農業挑戰方麵具有重大潛力[60-61]（圖 2B）。與“從頭馴化”相比，利用現代生命科學技術主動創製染色體變異具有截然不同的切入點和目標。這種方式是基於預定的設計和目標，有針對性地引發染色體重排、刪除或插入特定基因的現象，以實現所需的性狀變異（圖 2C）。在作物遺傳育種中，植物染色體重排的應用還涉及到對染色體結構的精準設計。通過基因編輯技術，尤其是CRISPR-Cas9係統，育種者可以有針對性地調整染色體的特定區域，實現對性狀的定向改良。這種精準設計的優勢在於不僅可以避免不需要的基因改變，還能夠更有效地實現目標性狀的引入或改變，為作物育種提供更高的靈活性和精確性。例如，利用CRISPRCas9技術對水稻重組關鍵基因HEI10的轉錄調控區域進行編輯，實現對遺傳重組的正向和負向調控，為加速新品種的培育提供重要理論和技術支撐[37]。借助遠緣雜交的方法引進外源染色體，也可導致小麥自身染色體的缺失和易位。例如，小麥和黑麥之間發生1BL/1RS易位，為小麥品種選育創製了新材料[62]。

4.2　改良農作物的重要性狀和環境適應性

4.2.1 改良作物產量性狀作物產量性狀在我國農業領域至關重要，直接影響著糧食供給和農業經濟發展。基因多效性普遍存在，完全敲除某個基因可能同時產生其他性狀，相比之下，染色體重排技術，如拷貝數變異和重複序列等，通過調控基因表達的劑量，更加精準且靈活地調節基因表達水平，從而產生更有利的性狀。水稻穗發育基因FZP具有阻止腋芽分生組織形成並建立花分生組織的作用，與水稻產量密切相關，該基因上遊存在18 bp的轉錄沉默子，通過自然群體分析結合分子標記輔助育種技術，篩選到轉錄沉默子拷貝數變異的品種，可使水稻增產15%^[63]。Alonge等^[64]利用高通量的PromethION平台對100個不同的番茄基因組進行了測序，每個基因組鑒定出25 000 ~ 45 000個結構變異（Structure variations，SVs），其中包括1個83 kb的染色體串聯重複，可提高果實產量（表 1）。

4.2.2 改良作物抗性性狀作為世界一半以上人口的主糧，水稻受稻瘟病、稻曲病、白葉枯病等危害，嚴重影響其產量和品質，然而高抗的水稻品種往往產量受損。rbl1基因可提高水稻對稻瘟病和白葉枯病的抗性，通過設計靶向rbl1的多重靶點，篩選到12 bp缺失、但穩產高抗的水稻品種^[65]。在麥類作物中，小麥和簇毛麥的6VS/6AL發生易位，為小麥增添了抗白粉病的新基因^[66-67]。Li等^[68]利用TALEN係統靶向突變MLO基因，從後代中篩選到Tamlo-R32突變體，該突變體除了mlo突變之外，還缺失了MLO-B1鄰近304 kb的染色體片段，創製了既抗白粉病又高產的小麥種質（表 1）。

4.2.3 改良作物營養品質　通過調控與作物營養品質相關的基因表達、失活有害代謝產物基因等方式，有望實現對作物營養品質的精準調控和改良。玉米27-kDa γ- 醇溶蛋白編碼基因γ27在不同玉米自交係間存在拷貝數變異，含2個γ27拷貝的等位位點（Standard allele，S）可通過基因重排變成一個拷貝位點（Rearranged allele，R），其上遊調控基因O2突變後（o2）醇溶蛋白含量大幅度下降，富含賴氨酸的其他蛋白互補性上調，在營養品質方麵得以提高，然而o2是粉質表型，無法直接應用於產業。通過創製的UniformMu轉座子突變體庫篩選到攜帶三拷貝的γ27材料，通過靶向醇溶蛋白基因的RNAi轉基因中導入該材料後，後代品係富含賴氨酸、胚乳硬質，提高了該品係在產業應用的前景^[69]。棉花種子富含油脂和蛋白質，但由於腺體中的代謝物棉酚具有毒性而不能食用。Li等^[47]利用棉花耐高溫，結合CRISPR/LbCpf1（LbCas12a）介導的基因組編輯係統，創製了純合、無棉酚的棉花材料，為棉花分子育種提供了新的種質資源（表 1）。

4.2.4 改良作物環境適應性除了改良產量、抗病等性狀，植物染色體重排還能夠促進植物對環境的適應性和提高生態係統的穩定性。例如微生態選擇壓驅動適應性進化和生殖隔離的形成，同域情況下野生二粒小麥群體在受到強輻射時會采用不同的適應性策略，從而分離出SFS1和SFS2兩個群體。SFS2群體通過早花規避生育後期高溫、強輻射、幹旱造成的非生物脅迫，而SFS1群體則在強輻射誘導下發生DNA斷裂及染色體重新融合，產生晚花、耐強輻射性狀，最終導致亞群間的生殖隔離^[70]（表 1）。

4.2.5 染色體重排技術的其他應用在新型抗除草劑水稻研發方麵，提高水稻中PPO1（原卟啉原IX氧化酶，Protoporphyrinogen IX oxidase）和HPPD（羥基苯基丙酮酸雙加氧酶，Hydroxyphenyl pyruvate dioxygenase）的表達量能夠提高水稻對相應除草劑的抗性，通過CRISPRCas9係統實現片段倒位和片段重複，分別對PPO1和HPPD基因表達實現了敲高調控，使水稻植株表現出抗除草劑性狀^[71]。微同源介導的末端連接（Microhomology-mediated end joining，MMEJ）是另一種DNA修複機製，需要基於DSB附近4~25 bp微同源序列（MHS）之間的重組，利用這種機製可有效促進基因組的大片段刪除^[72]。Tan等^[73]利用微同源介導的末端連接體係實現了轉基因水稻植株中抗性基因（潮黴素抗性基因）HPT的大片段刪除。通過在微同源位點附近設計雙sgRNAs，Zhu等^[74]也在番茄中實現了大片段刪除。LYU等^[75]發現基於CRIPSR/Cas12i3的iMAGE係統在水稻中產生的基因組大片段易位效率顯著高於CRISPR/Cas9。該技術有望在靶基因上遊有強自動子時，被用於大片段刪除，以增強靶基因表達的效果。Sun等^[76]研究開發了PrimeRoot（Prime editing-mediated Recombination of opportune targets）技術，通過係統整合優化的引導編輯工具和位點特異性重組酶係統，實現水稻中長達11.1 kb大片段DNA的高效精準定點插入，為研究更加複雜的性狀和植物合成生物學的應用提供工具（表 1）。

5　總結與展望

植物染色體重排技術作為一種強大的工具，在植物遺傳育種和基因組研究領域具有廣闊的應用前景。通過操縱植物基因組的結構，可以引入新的遺傳變異，從而改善作物的產量、抗性和適應性。植物染色體重排技術還有助於解析植物基因組的結構與功能，為基因定位和功能鑒定提供重要手段。此外，植物染色體重排技術可以促進作物的適應性進化、打破連鎖效應，從而創造新的基因組合，提高作物遺傳的多樣性和複雜性。這將有助於培育強適應性、抗性和高產性的新品種，從而提升作物的產量和質量，為糧食安全和農業可持續發展作出貢獻。

　　植物染色體重排技術在推動作物遺傳改良和基因組研究方麵取得了顯著進展，然而，其應用也伴隨著一係列風險，需要進行細致的評估，具體包括：（1）染色體重排技術的廣泛應用可能引起作物表型的非正常化。盡管該技術可以引入有益的遺傳變異，但隨之而來的未知基因組變異可能導致某些不良表型，進而損害或抑製植物的正常生長和發育。因此，在實際應用中，必須充分考慮和評估由染色體重排引發不良表型的可能性。（2）生物安全性評估是植物染色體重排技術應用的一個重要環節。在推動作物遺傳改良的同時，我們必須確保該技術不會對生態係統和人類健康造成潛在威脅。因此，未來的研究需要加強生物安全性評估，全麵了解染色體重排技術對環境和生態係統的長期影響。（3）傳統的雜交育種和理化方法創製染色體重排的概率相對較低。雖然這些方法在基因組改良方麵取得了成功，但其精確性和效率相對較低。與之相比，現代生命科學技術，如基因編輯，提供了更為主動、高效的手段來創製染色體重排。然而，基因編輯創製染色體重排的具體機製和規律尚不清楚，需要進一步深入研究。（4）未來需要解決植物染色體重排技術在精確控製過程中的挑戰。盡管現代技術使得全基因組範圍內的係統性染色體重排成為可能，但仍麵臨著精準定位和重排染色體片段的技術複雜性。為了克服這一挑戰，需要開發更為精準的工具和策略，確保染色體重排的精準性和可控性。

　　通過持續改進技術手段、加強監管和推動國際合作，我們有望解鎖植物染色體重排技術更廣泛的潛力，為全球農業的可持續發展提供更多創新的可能性。這將為培育更具適應性、抗性和高產性的新品種，解決全球糧食安全和環境可持續發展等重大挑戰提供實質性的方案。

HTML全文鏈接：http://gdnykx.cnjournals.org/weixin/2024/3/202403001.html