反芻動物甲烷排放是農業溫室氣體的主要來源，占全球農業甲烷排放的近40%。當前常規減排手段如改變日糧結構、添加化合物等手段存在持續性弱、成本高或副作用大的問題。新研究指出，CRISPR/Cas技術作為一種高效、可編程的基因編輯工具，為解決這一問題提供了突破口。

2025年6月14日，北京農學院奶牛營養學北京市重點實驗室蔣林樹教授團隊在Cell Press旗下期刊Trends in Biotechnology（中科院1區TOP期刊，IF=14.3）發表了題為“Leveraging gene editing to combat methane emissions in ruminant agriculture”的綜述論文，系統闡述了利用CRISPR基因編輯技術減少反芻動物甲烷排放的前沿策略。該綜述聚焦于兩個核心方向：飼草改良與瘤胃微生物重塑，提出通過精準編輯植物（次級代謝產物）和微生物（產甲烷古菌）基因，實現反芻動物源頭控排，為低碳畜牧業發展提供新思路。

一方面，研究表明，通過基因編輯提升飼草中脂質和特定活性物質（如單寧、皂苷）含量，可有效抑制瘤胃甲烷合成。這些改良后的牧草不僅可維持動物生產性能，還可在飼喂過程中自然降低溫室氣體排放。另一方面，通過編輯瘤胃中產甲烷古菌的關鍵代謝基因（如Mcr、mtmCB等），可實現對甲烷生成過程的直接干預，從微生物源頭降低甲烷釋放量。

CRISPR/Cas技術在反芻動物系統中減少甲烷排放的應用

研究總結了當前在模式植物和代表性產甲烷菌中已取得的編輯成果，并展示了多個有效路徑，包括脂質合成通路優化、酚類和皂苷類代謝增強，以及利用CRISPR干擾系統精準調控微生物基因表達。同時，文章也指出了技術推廣面臨的挑戰，例如編輯元件的傳遞效率、靶標基因選擇的生態安全性，以及如何在復雜瘤胃環境中維持編輯微生物的穩定性和競爭力。

該文強調，應通過多學科協作推動基因編輯技術在農業減排中的應用，包括整合植物生物技術、合成生物學、系統生態學和農業政策等領域，加速構建可持續、可監管、可推廣的低碳養殖體系。

通過牧草和藥用植物的基因編輯增強活性物質產量以減少甲烷排放

北京農學院動物科學技術學院趙玉超副教授為論文的第一作者，北京農學院蔣林樹教授為該論文的通訊作者。本課題的研究得到了國家重點研發計劃（2023YFD1301801）的支持。是全球首次系統提出“植物+微生物雙靶向”基因編輯策略以應對反芻動物甲烷排放的理論框架與實踐方向，具有重要的科研價值和產業推廣潛力。

團隊負責人表示，將圍繞“落實教育強國建設綱要，推動學校事業高質量發展”主題主線，以學校“實干創先年”為抓手，不斷產出高水平科研成果，為加快實現高水平農業科技自立自強貢獻智慧和力量。