【研究背景】CRISPR/Cas9及其衍生系统已经成为生命科学研究的关注热点。目前该技术已经广泛应用于动物及人类医学研究;植物中在水稻、拟南芥等模式作物中应用较多,而在多倍体植物,如棉花中的应用较少。原因在于目前生产上种植的棉花是异源四倍体,有52条染色体,基因组庞大、复杂,同源重复序列多,多拷贝基因,很难获得有效的突变体。目前在棉花中常规的基因功能研究手段是RNAi技术,该技术往往造成同源基因（基因家族）的沉默表达而产生非预期的表型,同时RNAi技术往往对靶标基因沉默不彻底,后代中也出现沉默效应不稳定,甚至消失的情况,因此在棉花中开发新型的功能基因组研究手段,势在必行。【材料与方法】本课题首先建立棉花与棉铃虫、棉花与刺吸式口器害虫互作的研究体系然后我们通过多重组学（转录组,蛋白组,代谢组）的研究手段对极端抗、感虫棉花进行分析,获得了500多个与棉花抗虫相关的内源基因。通过大规模基因型筛选和连续再生驯化材料获得了两个再生能力极强的陆地棉种质资源用作棉花的转化受体材料,随后通过农杆菌介导的遗传转化及体细胞胚胎发生建立了高效的棉花遗传转化、植株再生体系为基因编辑技术大规模应用奠定了技术基础。【结果与分析】我们在棉花中成功开发了包括CRISPR/Cas9、CRISPR/Cas12a、CRISPR/Cas12b,单碱基编辑（CBE, ABE）, CRISPR激活、敲入及及敲低等多套基因编辑工具。近期利用构建sgRNA文库的方法,可以高通量地对成百、上千个靶标位点进行敲除,利用这一策略对上述500多个棉花内源的抗虫相关基因进行了饱和敲除,获得了2000多个基因编辑的株系,通过对这个突变体库进行抗虫鉴定,发现有10%的突变体的抗虫性发生了变化,通过对sgRNA的靶标位点信息进行分析,获得了这些突变的靶标基因的信息,直接创造了靶标信息明确的且有抗虫功能的突变体材料。同时我们还创造了棉花种子高油酸含量、无棉酚、抗除草剂的,Transgene free的新种质。此外,我们通过全基因组重测序技术系统评估了棉花基因编辑系统的脱靶效应,结果表明上述多套基因编辑系统在棉花编辑过程中的脱靶效应极低,展现出极高的特异性。【结论】我们针对棉花的基因组特点及遗传转化的特殊性,开发出多套编辑效率高、脱靶效应低（特异性好）的CRISPR/Cas载体系统,目前这些载体已经发放给包括北大、武大、川大、山大、浙大、中国农大、南京农大、中科院遗传所、上海植生所、中棉所、USDA、美国加州大学戴维斯分校、美国德州农工、美国克莱门森大学、澳大利亚CISRO、巴基斯坦NIBGE等国内外80多家实验室,产生了较大的学术影响力,为棉花功能基因组学研究提供了重要的技术平台.