近日，麻省理工学院 Christopher Voigt 团队联合多国研究者，在化学领域顶刊《Chemical Reviews》发表题为Synthetic Biology of Plants and Microbes for Agriculture, Environment, and Future Applications的重磅综述。系统梳理植物与微生物合成生物学全链条技术体系，从基因组精准编辑、智能遗传线路设计到根际微生物工程改造，全面描绘合成生物学赋能智慧农业、生态修复与生物制造的全景蓝图，为农业绿色转型与生态环境可持续发展提供颠覆性技术路径。科学问题
全球人口增长与气候危机下，农业需在有限土地上实现增产 50%，同时应对逆境胁迫、环境污染与资源短缺。传统育种与常规基因编辑技术存在核心瓶颈：作物优良性状难以精准堆叠、外源基因表达不可控、功能单一；微生物工程缺乏标准化设计，植物 - 微生物互作无法人工调控；现有技术无法实现环境自适应、多功能协同的农业系统构建，难以兼顾粮食安全、生态修复与低碳减排的多重目标。核心发现
基因组编辑技术实现植物精准定制
CRISPR-Cas、碱基编辑、先导编辑等工具全面升级，突破植物核基因组与细胞器（叶绿体、线粒体）编辑壁垒，实现多基因同步编辑、定点插入与全基因组从头合成，让高产、抗逆、营养强化等性状高效堆叠，彻底改变传统育种周期长、随机性大的困境。
智能遗传线路赋予植物 “自主感知” 能力
合成启动子、基因传感器与逻辑调控线路，让作物可自主感知干旱、低温、病虫害等环境信号，动态激活对应抗逆通路，打造 “按需表达” 的智能植物，在提升抗逆性的同时避免能量浪费，突破传统组成型表达的局限。
植物 - 微生物共生系统实现工程化改造
标准化改造根际细菌、真菌、古菌，定制功能微生物菌群，实现高效固氮、解磷、抗病、降解有机污染物，构建人工共生体系。通过合成生物学设计，稳定植物 - 微生物互作网络，替代化肥农药，从源头减少农业面源污染。
跨场景应用拓展农业与环境边界
合成生物学不仅提升作物光合效率、强化营养品质，还可实现土壤污染修复、温室气体减排，更能让植物成为 “生物工厂”，生产医药中间体、生物基材料等高值产物，推动农业从单一粮食生产向多元价值创造转型。
研究意义
构建了植物 - 微生物合成生物学完整理论与技术框架，填补了农业与环境领域合成生物学系统设计的空白。提供颠覆性绿色技术方案，推动传统农业向智能、高效、低碳转型，同步实现粮食增产、生态修复与资源循环，为应对全球粮食危机与环境挑战提供核心技术支撑。
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