賴鐘雄 徐涵

動(dòng)植物全基因組測(cè)序在過去20年快速發(fā)展。1990年人類基因組計(jì)劃開啟了基因組DNA測(cè)序的大門，2000年基本完成人類基因組草圖繪制，標(biāo)志著大規(guī)模DNA測(cè)序成為一種切實(shí)可行的研究手段。植物基因組通常是多倍體，基因組大，雜合度高，具有高度重復(fù)序列和全部（或部分）的基因組重復(fù)片段，因此，對(duì)植物基因組的研究遠(yuǎn)比動(dòng)物困難。一些復(fù)雜的植物基因組測(cè)序在傳統(tǒng)的Sanger法和二代測(cè)序初期幾乎不可能完成。隨著測(cè)序技術(shù)的發(fā)展和測(cè)序成本的降低，越來越多的植物基因組測(cè)序逐漸啟動(dòng)并獲得許多成果，特別是二代、三代測(cè)序技術(shù)和Hi-C技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，使許多復(fù)雜的植物基因組測(cè)序成為現(xiàn)實(shí)。第一個(gè)模式高等植物擬南芥的全基因組序列于2000年公布，從此揭開了植物全基因組研究的序幕，隨后水稻、楊樹、葡萄等代表性作物的全基因組測(cè)序也相繼完成，為探究其他植物注釋基因和直系同源基因提供了重要基礎(chǔ)，并在基因組水平對(duì)物種的生長(zhǎng)、發(fā)育、進(jìn)化、起源等重大問題進(jìn)行分析，不僅加深了對(duì)物種的認(rèn)識(shí)，加快了基因挖掘和物種改良進(jìn)度，同時(shí)也為其他類型植物的基因組測(cè)序鋪平了道路。截至2018年底，包括高粱、玉米、黃瓜、大豆、蓖麻、蘋果、梨、草莓、可可樹、白菜、土豆、白菜、西瓜、大麻、梅花、谷子、小麥、大麥、印度大麻等在內(nèi)的360余種植物全基因組測(cè)序的文章陸續(xù)發(fā)表。在熱帶植物中，2008年采用傳統(tǒng)的Sanger測(cè)序技術(shù)完成了番木瓜的全基因組測(cè)序，隨后，采用Roche 454結(jié)合Sanger、Illumina、Hi-C測(cè)序技術(shù)，完成了可可、香蕉等植物基因組的測(cè)序。伴隨測(cè)序技術(shù)的快速更新迭代，多種熱帶植物的全基因組測(cè)序工作相繼完成并公布，獲得了高質(zhì)量的全基因組數(shù)據(jù)，包括龍眼、番木瓜、菠蘿、椰子、榴蓮、橡膠、木薯、棗椰、可可、油棕、咖啡、甘蔗等熱帶作物以及鐵皮石斛、蝴蝶蘭、深圳擬蘭、香莢蘭等多種蘭科植物。測(cè)序技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，不僅縮短了全基因組測(cè)序時(shí)間，節(jié)約了測(cè)序成本，也使得對(duì)植物的研究和認(rèn)知上升到全基因組水平，為我們從分子水平理解基因的結(jié)構(gòu)、組成、功能、基因調(diào)控和物種進(jìn)化提供了全新的視覺。

基因組學(xué)研究已成為當(dāng)前生命科學(xué)最活躍的領(lǐng)域之一。隨著全基因組測(cè)序的發(fā)展，在已測(cè)序的物種中，發(fā)現(xiàn)40%的真細(xì)菌和90%的古細(xì)菌中存在一種特定的基因組位點(diǎn)，即由高度保守的重復(fù)序列與完全不同的間區(qū)序列交替排列組成，被稱為成簇的規(guī)律間隔的短回文重復(fù)序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeat， CRISPR）。在CRISPR側(cè)翼區(qū)域存在CRISPR相關(guān)基因（CRISPR-associated， Cas）的位點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，具有CRISPR/Cas位點(diǎn)的真細(xì)菌和古細(xì)菌對(duì)噬菌體和質(zhì)粒的侵染具有免疫記憶功能，當(dāng)再次受到這些噬菌體或質(zhì)粒侵染時(shí)，細(xì)菌將通過小RNA介導(dǎo)的CRISPR/Cas免疫系統(tǒng)特異識(shí)別并降解噬菌體或質(zhì)粒的DNA，以抵抗噬菌體和質(zhì)粒的再次侵染。通過基因組學(xué)研究發(fā)展了基因編輯技術(shù)，而基因編輯技術(shù)正迅速影響著植物基因組學(xué)研究領(lǐng)域，不僅引領(lǐng)動(dòng)植物基因功能研究的巨大進(jìn)步，而且為分子設(shè)計(jì)與遺傳改良提供了強(qiáng)有力的工具。

近十年來，熱帶植物基因組學(xué)與基因編輯研究取得了舉世矚目的成果，除了完成一批重要熱帶作物的全基因組測(cè)序外，還在香蕉、番木瓜、木薯等重要熱帶作物上建立了基因編輯技術(shù)。為了及時(shí)總結(jié)國(guó)內(nèi)外熱帶植物基因組學(xué)和基因編輯研究的最新進(jìn)展，促進(jìn)國(guó)內(nèi)和國(guó)際同行之間的學(xué)術(shù)交流與合作，經(jīng)《熱帶作物學(xué)報(bào)》第五屆編委會(huì)研究，由專題主編賴鐘雄教授和徐涵博士牽頭，征集、遴選了一批熱帶植物基因組學(xué)與基因編輯領(lǐng)域論文，涵蓋熱帶植物全基因組測(cè)序及基因挖掘、提高CRISPR/Cas基因編輯效率、植物頂端有限生長(zhǎng)機(jī)制及其基因編輯育種等相關(guān)研究的文獻(xiàn)綜述3篇，甘薯野生種全基因組測(cè)序，水仙花熱脅迫轉(zhuǎn)錄組分析，野生蕉果實(shí)顏色差異分析，龍眼、香蕉、劍麻、菠蘿等熱帶作物的ARF、SDG、CRK等重要基因家族全基因組鑒定與表達(dá)分析，以及基于CRISPR基因編輯系統(tǒng)抗番木瓜曲葉病毒的植物轉(zhuǎn)化載體構(gòu)建等研究論文12篇。

《熱帶作物學(xué)報(bào)》第五屆編委會(huì)在中國(guó)熱帶作物學(xué)會(huì)理事會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)下，策劃出版“熱帶植物基因組學(xué)與基因編輯”專題，旨在優(yōu)化欄目設(shè)置，吸引優(yōu)秀科研團(tuán)隊(duì)的高水平原創(chuàng)論文，及時(shí)反映熱帶作物學(xué)科發(fā)展的新進(jìn)展和新趨勢(shì)，增強(qiáng)期刊的前瞻性和時(shí)效性。期望此次專題能作為一種有益嘗試，起到拋磚引玉的作用，為各位編委組織策劃更多高水平的專題（或?qū)？┨峁┙梃b，通過作者、讀者和編委的共同努力，推動(dòng)期刊改革和創(chuàng)新發(fā)展，加快提升辦刊質(zhì)量和學(xué)術(shù)影響力，著力將《熱帶作物學(xué)報(bào)》打造成為精品科技期刊。

“熱帶植物基因組學(xué)與基因編輯”專題主編：賴鐘雄，徐??涵