合成生物学是一个以工程学思想为指导、多学科交叉融合的新兴学科，借助人工智能设计与分子生物学技术改造生物体或细胞，使其实现新的功能，在此过程中设计与构建一系列标准化的生物元件、模块与系统，用于工程组合。植物拥有丰富的内膜系统和细胞器、精细的代谢调控网络，且受伦理问题限制较小，为合成生物学研究提供了理想的模式体系。以植物为底盘的合成生物学研究，如设计检测环境变化的植物传感器、开发精准修饰的基因编辑技术、建立高效异源合成代谢途径等，为解决农业生产、生物制药、能源环境等方面的困境与难题提供了新策略，实现可持续发展。
2024年12月30日，Journal of Genetics and Genomics在线发表中国科学院遗传与发育生物学研究所张有君研究员团队题为“Prospects for synthetic biology in 21st Century agriculture”的综述论文。该综述系统阐述了代谢与合成生物学在植物碳氮固定、逆境适应、遗传操纵、生物传感等方面的研究进展，以及人工智能(AI)在植物合成生物学中的巨大应用潜力和前景。
该综述首先介绍了植物合成生物学的概念和背景，目前的主要研究方向，以及运用的工程原理和一般流程。随后详细阐述了植物合成生物学在提升光合作用效率，改善生物固氮，增强对生物和非生物胁迫的抵抗力，增强作物的营养吸收和生物强化，基因组编辑技术和植物人工染色体，基因回路和生物传感器/执行器，合成细胞器和细胞代谢区室等方面的应用案例和最新进展。此外，探讨了人工智能(AI)为植物合成生物学带来的革命性发展和巨大飞跃，指出AI+合成生物学是未来生物学的大势所趋，将有可能帮助人类最终彻底解决粮食问题、健康问题以及环境问题等。植物合成生物学将引领21世纪精准农业和未来农业的发展，最大限度提高资源利用效率，减少对外部投入的依赖，并减轻与传统农业实践相关的环境影响，最终实现可持续发展。
