研发动态

世界首例利用锌指核酸酶技术培育的内源性基因敲除猪诞生中国科学院广州生物医药与健康研究院的研究团队与美国密歇根大学心血管研究中心合作,首次将锌指核酸酶基因打靶技术应用于猪内源性基因敲除研究,成功敲除了猪内源性PPARγ基因。这是世界上首次建立PPARγ基因敲除猪模型,对糖尿病和     

基因敲除小鼠技术的研究进展

基因敲除小鼠技术的建立和发展使得人们为研究基因的功能和寻找新的治疗人类疾病的靶点提供了强有力的支持。基因打靶和基因捕获是两种通过胚胎干细胞(Embryonicstemcell,ESC)构建基因敲除小鼠的技术。基因打靶通过同源重组替换内源基因从而敲除目的基因,而基因捕获则有启动子捕获和polyA捕获两种方法对目的基因进行敲除。近年来,有许多新的基因敲除技术不断被开发出来,包括Cre/loxP系统、CRISP/Cas9系统以及最新的ZFN技术和TAILEN技术,都有望取代传统基因敲除手段。文中简要阐述了如今新出现的几种基因敲除小鼠技术。     

用Red/ET重组酶构建基因打靶载体

基因敲除的小鼠模型是研究基因功能的一种重要资源。采用常规分子克隆的方法建立基因敲除的打靶载体存在构建效率低和难以获得长片段同源臂的缺点。因此快速高效地构建打靶载体,已成为获得特定基因敲除动物模型的关键环节。为研究Resp18未知功能分泌肽基因,应用一种新的DNA工程平台——Red/ET同源重组技术来构建其打靶载体,并比较了这一方法在构建不同长度同源臂中的效率。研究表明,Red/ET重组方法构建打靶载体具有很高的效率,可以获得较长的同源臂,并且不会引入突变,有助于获得更高的打靶效率。因此Red/ET重组为构建打靶载体提供了一种新的可靠的方法。     

在大肠杆菌中利用SCLM系统进行高效率λ-Red基因敲除/整合的新策略

【目的】传统采用的λ-Red体系在大肠杆菌染色体上进行基因敲除/整合操作时存在操作繁琐、假阳性率高、多基因连续敲除/整合不稳定等问题。本研究基于上述问题建立一种便于基因构建、高筛选效率(100%)、具有统一技术步骤的λ-Red敲除/整合系统,为提高基因功能研究和代谢工程改造工作效率奠定基础。【方法】采用新的p SC101衍生复制起始位点消除假阳性;利用高拷贝数质粒和多克隆位点实现快速遗传构建操作;采用Cre/Lox P抗性消除位点便于多基因连续整合。选择一系列初级代谢重要基因靶点进行敲除/整合。【结果】构建了一套新型λ-Red质粒系统(SC101-Cre-Lox P-MCS,SCLM系统)。打靶片段经电转化受体细胞后在双抗性平板上筛选阳性克隆,基因敲除/整合的效率均可以达到100%。【结论】新建立的基因敲除与整合方法提高了基因重组效率,大幅度减少了相关操作的步骤,缩短了研究周期。该方法的建立为基因功能研究和构建新遗传特性的工程菌株提供了有力的工具。     

GPR126条件性基因敲除载体的快速构建

基因敲除小鼠模型是在动物体内研究基因功能的重要和可靠的手段之一,而构建用于同源重组的基因敲除载体是构建基因敲除小鼠模型的关键一步.条件性基因敲除技术将针对靶基因的修饰作用限制在小鼠的特定发育时期或特定类型的组织细胞中,通过加入具有位点特异性的重组系统,该修饰作用在时间和空间上均处于可调控的状态;条件性基因敲除技术既可以避免某些具有重要功能基因的敲除所带来的早期胚胎致死问题,还可用于精确分析某些多效基因在不同组织或不同发育阶段的特定功能差异.通过合理利用改良的Red重组系统,将两个LoxP位点快速准确地插入到了目标位置,实现了GPR126条件性基因敲除载体的快速构建,为后续的构建GPR126基因敲除小鼠模型、在动物体内研究基因的功能奠定了基础.     

兽疫链球菌透明质酸分解酶基因的敲除

以透明质酸分解酶基因（Hyl）为改造目标, 利用同源重组技术获得 Hyl基因敲除的重组菌。首先以兽疫链球菌的基因组DNA为模板扩增出部分透明质酸分解酶基因（Hyl-1）,然后将其克隆到载体pMD19-T上,再以质粒pUC19为模板, PCR扩增得到氨苄青霉素抗性基因,通过反向PCR将其插入Hyl-1基因的中部,得到基因敲除载体pMD19T-SA。该载体与质粒pBR322分别用EcoRⅠ、PstⅠ双酶切后进行连接,得到基因敲除的重组载体pBR322 SA,PCR 及限制性酶切分析,构建的敲除载体与设计结果相符。最后,利用这两种敲除载体通过同源重组技术得到一株重组菌,经PCR 及酶活鉴定,这株菌的Hyl 基因已缺失。     

《细胞研究》：世界首个PPARγ基因敲除猪诞生

中国科学院广州生物医药与健康研究院赖良学教授领导的研究团队与美国密歇根大学心血管研究中心陈育庆教授领导的研究团队合作,首次将锌指核酸酶基因打靶技术应用于猪内源性基因敲除研究,成功敲除了猪内源性PPARγ基因。此研究在世界上首次建立了对糖尿病和心血管并发症的研究有重要应用价值的PPARγ基因敲除猪模型。研究成果于2011年4月19日在线发表于国际著名期刊《细胞研究》（Cell Research）上。目前,敲除大动物的内源性基因只有通过体细胞基因敲除结合克隆技术才能够实现。由于体细胞基因敲除效率极低,     

工业微生物代谢途径调控的基因敲除策略

基因敲除技术是一项重要的分子生物学技术,在工业微生物代谢工程中具有广泛应用。以下从基因敲除技术的遗传重组原理出发,总结了基因敲除策略的类型、特征和应用,重点介绍了采用线性双链DNA的λRed同源重组系统、使用环状质粒载体介导的单交换或双交换同源重组策略以及采用转座酶介导的转座重组等几种主要的基因敲除方法,进一步展望了基因敲除技术的发展前沿和应用前景。     

CRISPR/Cas9介导的同源重组插入敲除人SH2B3基因

SH2B3基因的突变可以显著提高人干细胞向红细胞诱导分化的效率。该研究利用CRISPR/Cas9技术介导的同源重组插入敲除策略,建立了一种高效获得特定基因编辑类型的敲除SH2B3基因的方法。通过设计两个含有不同荧光标记和不同抗性基因的同源重组筛选载体和一个靶向SH2B3基因的CRISPR/Cas9敲除载体,共转染HeLa细胞,然后用嘌呤霉素和新霉素进行筛选,两周后一部分细胞用于分子生物学检测,另一部分细胞通过有限稀释法分离单细胞克隆。结果显示,在药物抗性筛选两周的HeLa细胞中,野生型SH2B3基因转录产物几乎检测不到,可以检测到重组型转录产物的表达。敲除效率的统计结果显示,在获得的19株SH2B3基因敲除细胞中,有11株细胞为双等位基因插入敲除。另外8株细胞为单等位基因插入敲除,其中有2株细胞的等位基因没有检测到突变,而剩余的6株细胞的等位基因都检测到有突变。因此,该研究的双插入敲除率为57.9%,双敲除率达到89.5%。该研究为构建SH2B3基因敲除的人多能干细胞系奠定了基础,也为建立一种高效、低成本的诱导红细胞的技术体系提供了有效的工具。     

谷氨酸棒状杆菌CRISPR-Cpf1和Cre/loxP基因敲除技术的比较

【背景】谷氨酸棒状杆菌的基因敲除系统较为匮乏且效率不高,难以对其进行代谢工程改造,不利于高性能工业菌株的构建及规模生产。【目的】分别采用CRISPR-Cpf1和Cre/loxP基因敲除系统对谷氨酸棒状杆菌ATCC13032(CorynebacteriumglutamicumATCC13032)基因组上的argR和argF基因进行敲除,比较两种敲除方法的优缺点,为合理选择敲除系统提供依据。【方法】特异性重组的Cre/loxP敲除系统是首先利用同源重组将基因组上的靶基因替换为两端带有重组位点loxP的kanR片段,然后由重组酶Cre识别loxP位点并发生重组反应,从而去除替换到基因组上的kanR片段,进一步利用质粒的温敏特性将其消除,从而实现靶基因的敲除。CRISPR-Cpf1敲除系统是利用Cpf1对pre-crRNA进行加工,形成的成熟crRNA引导Cpf1识别和结合到靶DNA的特定序列上并切割双链DNA分子,通过同源重组作用去除靶基因,基于质粒自身的温敏特性将其消除,从而完成基因敲除的整个过程。【结果】Cre/lox P系统可在8N+2 d内完成N轮迭代基因敲除,而CRISPR-Cpf1系统可在5N+2d内完成N轮迭代基因无痕敲除,理论上还可以一次对多个靶位点进行编辑,效率更高,但存在同源重组效率较低、假阳性率高等缺点。【结论】与Cre/loxP系统相比,CRISPR-Cpf1辅助的同源重组基因敲除方法可省时、省力地实现基因的无痕敲除,理论上还可实现多个基因的同时敲除、总体效率更高,然而编辑效率还有提高的空间。     

基于Cfku70基因失活策略构建果生刺盘孢的高效基因敲除底盘菌株

果生刺盘孢侵染危害多种植物,是重要的植物病原真菌。在一些丝状真菌中,敲除非同源末端连接修复通路的关键基因ku70或ku80可显著提高同源重组效率,进而提高靶基因置换频率。本研究从果生刺盘孢基因组鉴定到Cfku70和Cfku80两个基因,并明确了基因失活对菌株生物学表型和基因敲除效率的影响。敲除Cfku70或Cfku80不影响菌株的菌落形态、营养生长、产孢、分生孢子萌发、侵染结构发育和致病;Cfku70基因敲除还大幅提升3个测试基因的敲除效率。本研究证实Cfku70基因失活能显著提高果生刺盘孢的基因敲除效率,适宜作为高效基因敲除的底盘菌株,研究结果为通过批量敲除策略筛选新型致病因子奠定重要基础。     

美国开发出用于酵母基因功能分析的工具包

美国Hopkins的Xuewen Pan博士开发的一种工具包从6000个酵母菌株(每个菌株都丢失一种不同的基因)的集合人手,能够使研究人员确定出哪些基因被敲除后能导致酵母菌株的死亡。这项进展发表在近日的Molecular Cell上。     

维氏气单胞菌hfq基因敲除菌株的构建及鉴定

RNA分子伴侣蛋白Hfq是细菌中普遍存在的全局调控因子,对于细菌的生长增殖、毒性和逆境耐受等都有重要影响。维氏气单胞菌(Aeromonas veronii)是一种新型人—鱼共患条件致病菌,会在水产养殖中造成巨大危害。本研究从维氏气单胞菌基因组DNA中扩增hfq基因上、下游序列,连接到pRE112质粒中,构建敲除质粒pRE112-Δhfq,通过接合转移将敲除质粒从大肠杆菌感受态转入维氏气单胞菌后,基于同源重组原理,利用蔗糖压力筛选得到hfq基因敲除的维氏气单胞菌突变株C4-Δhfq。生长曲线分析表明,hfq基因敲除显著延缓维氏气单胞菌的生长速率,同时,回补hfq使细菌恢复生长。本研究获得的hfq基因敲除菌株,可为进一步研究维氏气单胞菌中Hfq调控因子的功能及其调控机制提供一定帮助。     

Pseudomonas plecoglossicida NyZ12基因无痕敲除方法的建立

旨在建立一种适合环己胺降解菌NyZ12基因无痕敲除的可靠方法。通过overlapping PCR技术将目的基因上下游同源臂融合并克隆到自杀载体pEX18km上,将重组质粒转化到大肠杆菌S17pir中,再通过接合转移到假单胞菌NyZ12菌株内,经pEX18km质粒上sacB基因的反向筛选得到突变株并通过PCR方法和测序鉴定。结果显示,成功构建了假单胞菌NyZ12菌株orf4637的基因突变株(NyZ12Δ4637)。通过自杀载体同源重组可以成功获得敲除的无痕突变株,且突变株基因组上没有任何抗性筛选标记残留,为环己胺降解菌NyZ12基因功能研究提供了可靠的基因敲除技术。     

一种适用于产朊假丝酵母的基因敲除系统及其在gsh1基因敲除中的应用

报道一种适用于产朊假丝酵母Candida utilis的基因敲除系统,利用该敲除系统获得gsh1基因敲除杂合突变株。根据不同种属酵母菌γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ-GCS)蛋白质的保守序列,克隆C.utilis SZU 07-01的gsh1基因;以商品化质粒pPICZalpha A为基础,构建gsh1基因的敲除载体pPICZalpha A-kan 3,其中,kan基因的启动子TEF被替换为来自于C.utilis SZU 07-01的GAP启动子(pGAP:kan)。质粒电转化C.utilis,获得gsh1基因敲除杂合突变株C.utilis GSH-6。结合发酵培养得到的数据进行分析,突变株的γ-GCS酶活比出发菌株降低17.5%,GSH合成量降低61%,细胞干重降低18.5%。所构建敲除组件pGAP:kan的成功应用为从分子水平研究C.utilis中谷胱甘肽(GSH)的生理功能提供了一种新借鉴。     

Cre/LoxP重组系统的改造及在树干毕赤酵母中的应用

为了实现在P.stipitis中进行无痕基因敲除,以Cre/LoxP系统为研究对象,首先通过同源重组构建尿嘧啶营养缺陷型树干毕赤酵母(ura3-);同时通过定点突变pSH47-Hpt质粒的hpt基因和cre基因,将CDS区CTG突变为TTG;最后以乙醛脱氢酶基因为靶基因,验证突变后的Cre/LoxP系统在P.stipitis进行无痕基因敲除的可行性。结果表明:本文在P.stipitis中成功使用潮霉素B抗性标记,经过修饰后的Cre/LoxP敲除系统能够在P.stipitis中无痕敲除目的基因,为后续研究P.stipitis功能基因和改造代谢途径提供了一种试验方法和筛选标记。     

英国揭开细胞繁殖秘密

<正>英国癌症研究中心首次识别出生物体内细胞繁殖所需要的几乎全部基因,成果发表在英国皇家学会期刊Open Biology上。研究人员对一组(4843个)单一基因被敲除的酵母突变株进行了筛查,观察每一个酵母突变株中单一不同基因被敲除对细胞繁殖和形成的影响。被检测的基因涉及总蛋白编码的     

应用CRISPR/Cas9技术在杨树中高效敲除多个靶基因

CRISPR/Cas9系统是一种广泛应用于细菌、酵母、动物和植物中的基因组定点编辑技术。本课题组在前期工作中利用该系统在毛白杨(Populus tomentosa Carr.)中率先实现了对内源基因—八氢番茄红素脱氢酶(Phytoene dehydrogenase, PDS)基因的定点敲除。为研究靶点的设计和选择对该系统介导的杨树内源基因敲除效率的影响,本文分析了不同单向导RNA(Single-guide RNA, sgRNA)结合毛白杨PDS(PtPDS)靶基因DNA序列后对突变效率的影响。结果发现sgRNA与靶基因间的碱基错配会导致突变的效率降低,甚至不能突变,其中3′端的碱基配对更为重要。进一步测序分析发现,该系统能同时敲除杨树基因组上两个同源的PDS编码基因(PtPDS1和PtPDS2),突变率分别达86.4%和50%。研究证明该系统可快速高效地敲除两个以上的内源基因,获得多重突变体杨树株系。利用该技术,本课题组已获得多个杨树转录因子及结构基因的敲除突变体株系,为将来开展基因功能研究和杨树遗传改良奠定了基础。     

合成生物学开关在代谢工程中的应用

在代谢工程研究领域中合成生物学开关主要用于调控基因的表达。传统的代谢工程改造主要通过敲除和过表达来改变特定基因的表达量。但基因敲除通常会导致菌体生长的下降。因此,我们需要适时的关闭和激活特定基因的表达。合成生物学开关就是解决这一问题的关键工具。目前,在代谢工程中常用的合成生物学开关有光控开关、温度诱导开关、拨动开关和核糖开关。其中,拨动开关和核糖开关在动态调节基因表达上拥有更大优势。介绍了代谢工程中常用的几种合成生物学开关,以及它们在代谢工程的应用。     

基因敲除动物的研究和应用

目的基因敲除动物是近十几年来发展起来的在个体水平上研究基因功能的一类实验动物,它以基因敲除技术和胚胎干细胞技术为基础,在生命科学研究的各个领域得到了广泛应用。最近两年发展起来的RNA干扰技术仍然不能代替它。本文综述了基因敲除动物在各医学生物领域的研究与应用、浅谈其与RNA干扰技术的比较及其发展前景。