Development and application of organelle gene editing technology in angiosperms

根据内共生假说，线粒体和质体均起源于细菌。作为半自主性细胞器，它们在植物的有氧呼吸和光合作用以及其他很多生理和代谢过程中发挥着关键作用。目前，尽管核基因编辑技术已相对成熟，细胞器基因组的编辑技术仍面临诸多挑战。虽然基于CRISPR-Cas系统的基因编辑技术在细胞器基因组中尚未取得实质性突破，但转录激活因子样效应物核酸酶（transcription activator-like effector nucleases, TALENs）技术已成功应用于细胞器基因敲除，特别是在细胞质雄性不育（tytoplasmic male sterility, CMS）等领域展示了广泛的应用前景。此外，依赖于TALE的胞嘧啶单碱基编辑器（DddA-derived cytosine case editor, DdCBE）、腺嘌呤单碱基编辑器TALEDs （transcription activator-like effector (TALE)-linked deaminases, TALEDs）的开发实现了植物细胞器基因组的单碱基编辑，这为线粒体和质体基因组的精准编辑提供了新的契机。本文结合细胞器基因组的结构特点，简述了开发细胞器基因编辑技术的难点。系统性回顾了细胞器基因编辑技术发展的阶段性突破。重点介绍了TALEN介导的基因敲除技术，以及依赖TALE的单碱基编辑技术在植物细胞器基因编辑中的应用。细胞器基因组编辑工具的进一步开发和改良将为基础研究以及精准育种开辟更多可能性。