基于CRISPR/Cas系统的多重基因编辑与调控技术

规律成簇的间隔短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR)及其相关Cas蛋白所构建的CRISPR/Cas系统是古细菌或细菌中特有的一种获得性免疫系统。研究人员将其开发成基因编辑工具之后,凭借其高效、精准和通用性强等优点迅速成为合成生物学领域的热门研究方向,在生命科学、生物工程技术、食品科学及农作物育种等多个领域引发了革命性的影响。目前基于CRISPR/Cas系统单基因编辑与调控技术日益完善,但在多重基因编辑和调控方面仍存在挑战。本文聚焦基于CRISPR/Cas系统的多重基因编辑与调控技术开发及应用,针对单个细胞内实现多位点基因编辑或调控和细胞群体内实现多位点基因编辑或调控技术,依据作用原理对其进行了系统总结和阐述,包括基于CRISPR/Cas系统的双链断裂、单链断裂以及多重基因调控技术等。这些工作丰富了多重基因编辑与调控的工具,为CRISPR/Cas系统在多领域的应用作出了贡献。     

酿酒酵母基因编辑技术研究进展

酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae是代谢工程中最重要的宿主之一,先进的基因编辑技术已经被广泛应用于酿酒酵母细胞工厂的设计和构建。随着基因编辑技术的飞速发展,早期基于重组酶和同源重组的基因编辑技术逐渐被新型基因编辑系统所替代。文中对酿酒酵母基因编辑技术的原理和应用进行了总结,包括经典的酿酒酵母基因编辑技术,基于核酸内切酶的MegNs、ZFNs和TALENs等基因组编辑系统,最后介绍和讨论了基于CRISPR/Cas系统、异源代谢途径多拷贝整合和基因组规模基因编辑的最新研究进展,并对酿酒酵母基因编辑技术的应用前景和发展方向进行了展望。     

CRISPR/Cas9基因编辑技术在前列腺癌研究中的进展

CRISPR/Cas9 (clustered regularly interspaced short palindromic repeat/CRISPR-associated protein 9)基因编辑技术是基于细菌和古细菌适应性免疫防御系统发展而来的一种基因编辑工具。Cas9蛋白借助gRNA的引导靶向目标基因进而实现对目标基因精确、高效的编辑。因其具有操作简单、成本低的特点,被研究人员广泛应用,并在前列腺癌相关基因及信号通路的研究中发挥着重要作用。该文将对CRISPR/Cas9基因编辑技术的发展、作用机理及其在前列腺癌研究中的应用进展进行综述。     

基因编辑技术在斑马鱼中的应用及研究进展

基因编辑技术通过对特定DNA片段的插入、敲除、修饰或替换等,实现对生物体中目标基因的编辑。与早期基因工程技术将遗传物质随机插入宿主基因组中的方式不同的是,基因编辑技术能够定点需要插入的位置,从而实现对生物体基因组特定位点的准确修饰、人为地改造生物体的遗传信息,目前广泛应用于斑马鱼的基因组学、遗传发育和基因功能研究中。其方法包括诱变技术、Tol2转座子、Morpholino、ZFNs、TALEN和CRISPR/Cas系统等。本研究主要介绍了基因编辑技术的作用机理与发展概况。作为一种精准而高效的基因工程方法,基因编辑技术在近年来得到了飞速地发展。它既可以采用对特定基因的靶向突变来研究基因的功能,也可以通过将功能性基因插入并替代缺陷基因而用于某些遗传性疾病的基因治疗。可以肯定的是,基因编辑技术未来将在基础生物学、医学、生物技术等多个领域具有重要的研究价值和应用价值。     

基于CRISPR/Cas9的精准基因编辑技术研究进展

基因编辑技术是一种可以在基因组水平上对DNA序列进行改造的遗传操作技术。基于CRISPR/Cas9系统的精准编辑技术是一个操作方便、应用广泛的基因编辑技术,与传统的CRISPR/Cas9不同,精准基因编辑技术可以在不需要DNA模板的情况下对基因进行定点突变。本文重点介绍了近年来基于CRISPR/Cas9介导的精准基因编辑技术的发展,并深入分析了基因精准编辑技术面临的挑战和机遇。     

基因编辑技术研究进展及其在苜蓿等豆科饲草作物中的应用

基因编辑是对生物基因组进行靶向修饰的一项新型生物技术,可以在不同物种中实现对目标基因的定点敲除、基因片段置换以及基因定点插入等基因定向编辑,目前基因编辑技术已在植物基因功能解析和作物遗传改良研究中得到广泛应用。本文简要回顾基因编辑技术的发展历程,重点介绍新近发展的CRISPR/Cas9技术在植物中的研究进展,并对CRISPR/Cas基因编辑技术在苜蓿等饲草作物中的应用进行探讨和展望。     

CRISPR⁃Cas9技术在植物次生代谢物生产中的研究进展

基因编辑（gene editing）技术可以对目的基因进行定点插入、敲除和置换。基于CRISPR-Cas9的基因编辑技术是继锌指核酸酶和转录激活样效应物核酸酶之后的第3代基因编辑技术。近年来,CRISPR-Cas9系统作为研究的热点被广泛应用于医学、药学、植物学、动物学和微生物学等领域,但其在植物次生代谢物领域的应用还处于探索时期。阐述了基于CRISPR-Cas9基因编辑技术的发展历程、工作原理和几种常用的基因编辑方法及其应用实例,总结了CRISPR-Cas9技术在对植物次生代谢产物研究方面的应用。利用CRISPR-Cas9系统可对植物基因组进行定点敲除、突变和插入,以达到提高植物次生代谢物含量、改良作物品质和提高植物抗性等目的。该技术已在植物次生代谢物生物合成关键酶基因的编辑等方面显示出越来越重要的作用。     

基因编辑技术及其在疾病治疗中的研究进展

基因编辑是一种基于人工核酸酶的遗传操作技术,能精确地对DNA或RNA进行高效改造。基因编辑除了在基础研究、生物育种和药物筛选等方面展现了巨大前景之外,在疾病治疗(特别是基因遗传病)领域的前景与进展尤为引人注目。本文在介绍基因编辑技术的发展及其在疾病治疗中不同策略的基础上,重点围绕遗传疾病的基因治疗研究,综述了基因编辑技术(包括单碱基编辑和表观调控等技术)在血液系统、肝脏、肌肉和神经系统等疾病治疗的研究进展,并对基因编辑治疗疾病的未来发展进行了展望。     

基因组编辑技术在精准医学中的应用

基因组编辑技术的飞速发展,尤其是近年来CRISPR/Cas9基因组编辑体系的出现,使得研究人员能高效地在细胞系和动物模型中对基因组进行精确编辑。基于基因组编辑技术的各种实验研究平台被相继开发,包括通过在细胞系中引入疾病相关突变位点建立疾病模型,通过高通量筛选寻找导致肿瘤耐药性的突变基因,通过体内原位靶向致病基因并修改突变进行基因治疗等。这些基因组编辑技术研究平台极大推动了精准医学研究领域的发展。本文对基因组编辑技术在精准医学领域的基础研究、转化应用、目前存在的问题以及未来发展的方向进行了讨论。     

毕赤酵母基因编辑技术研究进展

巴斯德毕赤酵母是一种重要的蛋白表达系统,基因编辑技术作为代谢工程的基本工具,对于毕赤酵母的代谢改造十分重要。近十年基因编辑技术发展迅速,除传统的同源重组和Cre/loxP重组外,相继出现了许多新的基因编辑技术,例如ZFN、TALEN和CRISPR/Cas9等,这些技术的出现使基因编辑更加简便高效。本文对毕赤酵母中传统和新型基因编辑技术的原理应用和研究进展进行了简要综述,并结合相关领域的发展对毕赤酵母基因编辑技术的发展进行了展望。     

CRISPR-Cas9系统的基因编辑工具的应用和改进

基因编辑技术可以实现对特定目的基因的编辑,加速了基因功能的研究、疾病的研究与治疗、药物的开发等,是生命科学的重要研究手段。基于CRISPR-Cas9系统的基因编辑工具可改变基因特定位点的序列、调控基因表达水平、敲除基因、改变特定位点表观遗传修饰以及活细胞成像等,成功应用于多种动植细胞系和模式生物。本文就基于Cas9的基因编辑工具的现状和相关改进展开综述。     

基因组编辑:植物生物技术的机遇与挑战

基于序列特异性核酸酶的基因组编辑技术可以在不同物种中对目标基因进行定点敲除,并可实现特定基因片段置换,基因的定点插入等基因组靶向修饰。基因组编辑是一种精准和高效的基因工程方法,近年来快速发展并得到了广泛的应用,并将改变生物技术的现状。目前,基因组编辑在不同植物,特别是农作物中的技术体系已建立,初步展示了其在植物生物技术领域的巨大潜力。介绍了不同基因组编辑系统的工作原理,并对基因组编辑技术在植物研究中的应用及成功案例进行了综述,最后对基因组编辑在植物生物技术领域所面临的机遇与挑战进行了讨论。     

基因组编辑:植物生物技术的机遇与挑战北大核心CSCD

基于序列特异性核酸酶的基因组编辑技术可以在不同物种中对目标基因进行定点敲除,并可实现特定基因片段置换,基因的定点插入等基因组靶向修饰。基因组编辑是一种精准和高效的基因工程方法,近年来快速发展并得到了广泛的应用,并将改变生物技术的现状。目前,基因组编辑在不同植物,特别是农作物中的技术体系已建立,初步展示了其在植物生物技术领域的巨大潜力。介绍了不同基因组编辑系统的工作原理,并对基因组编辑技术在植物研究中的应用及成功案例进行了综述,最后对基因组编辑在植物生物技术领域所面临的机遇与挑战进行了讨论。     

多元自动化基因组工程

基因组编辑技术在基因组工程研究中应用广泛,其中位点特异性核酸酶编辑技术和CRISPR/Cas系统在单基因编辑方面贡献卓越,但由于基因组的庞大,这些技术又有一定的局限性。多元自动化基因组工程(MAGE)是一种新型基因组编辑技术,可同时作用于多个基因,具有快速、高效的特点,已被用于大肠杆菌的基因敲除和基因替换。主要介绍了MAGE的原理、具体操作流程及技术进展,并结合MAGE技术的应用,讨论其发展趋势。     

基因编辑技术发展态势分析与建议

基因编辑技术掀起了全球研发热潮,尤其是CRISPR技术成为最有发展前景的基因组编辑技术,迅速实现了在畜禽育种、生物医药研发等领域的应用,相关临床试验已经开展,其发展带动了生物产业发展的新方向,孕育了巨大的社会经济价值,目前产业格局已初步形成。我国对基因编辑一直高度重视,在科研上也紧跟国际发展步伐,取得了一系列突破性成果。同时,在大动物模型构建、疾病治疗临床试验等基因编辑的应用领域,我国已经进入国际第一阵营。未来,我国仍需进一步推进技术源头创新,抢占在该领域的国际话语权;并优化政策环境,保证我国基因编辑技术下游应用的快速健康有序发展。     

基因编辑技术在β-地中海贫血治疗中的研究

β-地中海贫血(β-地贫)是一种全球性的单基因遗传病，目前针对该病的治疗方法除造血干细胞移植外都是对症治疗，无法达到根治效果。基因治疗是指将外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿缺陷和异常基因引起的疾病，达到根治疾病的目的。近年，随着基因编辑技术的发展，基因治疗越来越成熟完善，在β-地贫治疗中的应用也变得广泛。目前，基因编辑技术发展经历了4个阶段，分别为ZFN技术、TALEN技术、CRISPR/Cas9技术以及单碱基编辑技术。本综述将总结上述4种基因编辑技术在β-地贫治疗中的原理、研究、优缺点以及局限性，旨在优化β-地贫的治疗策略。     

基于CRISPR/Cas系统的基因编辑工具及其改进策略

CRISPR/Cas系统自发现以来持续推动着生命科学领域的进步。与此同时,CRISPR/Cas介导的基因编辑技术也在不断发展壮大。基于DSBs修复的CRISPR/Cas基因编辑技术、碱基编辑器和先导编辑器等新型基因编辑工具的开发为生物学基础研究铺平了道路。虽然这些工具为生物技术带来了革命性变化,但基因编辑效率偏低、产物纯度不高、脱靶效应频繁等问题也随之而来。不断开发精确、高效和安全的CRISPR/Cas基因编辑工具仍是当前和未来的生命科学研究热点。概述了CRISPR/Cas基因编辑工具的发展、构成及原理,总结了CRISPR/Cas基因编辑系统提升编辑效率、扩展编辑范围和降低脱靶效应的通用策略及不同CRISPR/Cas基因编辑工具的改进方法,并就CRISPR/Cas基因编辑工具未来的研究方向进行展望。     

基因编辑产品检测技术研究进展

当前国内外生物技术产业革命加速推进,以基因编辑为代表的转基因新技术发展迅猛,新基因、新性状、新产品不断涌现。围绕基因编辑产品的检测方法将成为转基因生物安全监管的重要一环和有效支撑。因此,基于测序技术、酶切技术、PCR技术和其他检测技术4个方面,总结了目前应用于基因编辑产品检测的一些技术方法,并对每种方法的优缺点进行了分析,以期为今后基因编辑产品的检测提供思路,做好转基因监管技术储备。     

CRISPR系统及其应用于小鼠的研究进展

CRISPR系统作为一种基因编辑工具,自2013年首次应用于哺乳动物以来,凭借其设计简单,耗时短,效率高的优点,在短短四年间飞速发展,其应用已经远远超过了锌指核酸酶和转录激活因子样效应物核酸酶技术,并在分子生物学领域得到广泛应用。基于该系统发展而来的各项技术不断的被发掘,小鼠作为一种基本的实验动物,在CRISPR系统应用中扮演重要角色。目前基于CRISPR系统发展而来的应用工具已经成功的作用于各种体外培养的细胞,通过对胚胎细胞的编辑而产生动物模型的技术也在不断成熟,以及在疾病治疗特别是遗传病治疗中也展现出其独有的优势,并且其作用范围在不断的扩展,作用方式还在不断的创新。主要介绍CRISPR系统的结构与作用原理,讲述基因敲入、基因敲除、基因沉默、转录调控等作用于DNA的几种主要的CRISPR应用工具,针对目前主要的缺点即脱靶效应所研究出的几个改善措施,以及在小鼠疾病模型建立与疾病治疗中发挥的重要作用。