马铃薯、柑橘、草莓、杨树——这些多年生作物的遗传转化和基因编辑，长期受困于一个共同瓶颈：再生困难。传统的形态发生基因过表达策略虽然有效，但常伴随发育异常、载体庞大、难以高通量筛选等问题。

2026年8月5日，马里兰大学Yiping Qi团队联合Texas A&M大学Kranthi K. Mandadi团队等多家机构在 《Nature Communications》 发表研究，利用CRISPR-Combo系统在四种多年生作物中同时实现基因编辑与内源形态发生基因的转录激活，成功筛选出多个可促进再生的关键基因，并将再生周期缩短至1个月以内。

1. 研究策略：毛状根筛选→稳定转化验证

CRISPR-Combo系统由Yiping Qi团队此前开发，其核心优势在于：同一载体同时实现基因编辑（gRNA1.0，20 nt）和基因激活（gRNA2.0，15 nt）。

研究团队采用两步筛选策略：先在发根农杆菌毛状根体系中高通量筛选候选形态发生基因，再将阳性候选基因在农杆菌稳定转化体系中验证其对芽再生的促进作用。

2. 马铃薯：从17个候选基因中锁定4个

团队在马铃薯中筛选了17个形态发生基因。毛状根体系中，StWOX11/12、StARF5、StABI3-1和StABI3-2四个基因的激活显著促进了毛状根产生，qRT-PCR证实目标基因被有效激活，编辑效率均超过60%。

在稳定转化中，除StABI3-1外，其余三个基因的激活均显著提升了芽再生效率——45-70% vs 对照30-35%。StABI3-1在毛状根和稳定转化中的表现差异提示，不同组织类型的再生调控网络可能存在差异。

3. 柑橘：10个候选基因中5个有效

柑橘的再生难度远高于马铃薯。团队筛选了10个形态发生基因，其中CsBBM3、CsFUS3、CsIPT、CsSERK1L和CsSTM的激活显著促进了毛状根产生。值得注意的是，同属BBM家族的CsBBM1和CsBBM2以及三个WUS同源基因均无显著效果，提示同源基因的功能分化不容忽视。

在离体叶片毛状根体系和稳定转化中验证，五个候选基因的激活使柑橘再生效率从不足60%提升至约80%以上，编辑效率也显著高于对照。

4. 草莓：双基因协同激活，再生周期缩短1个月

在二倍体野生草莓中，团队设计了两种CRISPR-Combo组合激活方案：BBM1+BBM2或GRF3+GIF1同时激活。

关键数据：

· CRISPR-Cas9对照组（JH19）：再生周期约5个月

· BBM1+BBM2组合激活：再生周期缩短至4个月

· GRF3+GIF1组合激活：再生周期同样缩短至4个月

编辑效率方面，CRISPR-Combo组合激活的编辑效率范围为29.41%-100%，显著优于对照组（3.45%-45.83%）。双基因协同激活有效加速了基因组编辑草莓植株的获得。

5. 杨树：无激素再生，4周出苗

团队此前已证明单独激活WUS或WOX11可促进杨树再生。本研究进一步测试了WUS与WOX11同时激活的效果。

在无外源植物激素的培养基上：

· CRISPR-Cas9对照组：几乎无法再生

· WUS或WOX11单基因激活：有一定再生

· WUS+WOX11双基因激活：芽和根的数量均显著增加，再生周期缩短至4周

10个随机选择的T₀株系中，WOX11和WUS均被高效激活，4CL1靶基因的双等位编辑效率最高。更重要的是，双基因激活株系在温室中生长更高、生物量更大，且无明显发育缺陷。

技术优势：CRISPR-Combo vs 传统过表达

6. 总结

该研究在四种多年生作物中系统验证了CRISPR-Combo激活形态发生基因的策略：

· 建立了毛状根筛选→稳定转化验证的两步法高通量筛选流程

· 在马铃薯、柑橘中分别鉴定出4个和5个有效形态发生基因

· 在草莓中实现双基因协同激活，再生周期缩短1个月

· 在杨树中实现无外源激素、4周再生的基因组编辑流程

该策略的核心价值在于：通过激活内源再生通路而非引入外源基因，规避了传统过表达带来的发育异常和载体构建繁琐等问题，为多年生作物的基因编辑育种提供了可复制的技术框架。

原文信息： Ramasamy M., Li G., Guo L., et al. Boosting genome editing in perennial plants by CRISPR-Combo mediated morphogenic gene activation. Nature Communications, 2026. DOI: 10.1038/s41467-026-76367-w

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