银杏叶绿体ndhF RNA编辑现象分析及C290位编辑对胁迫处理的响应

RNA编辑是一种转录后修饰加工过程, 通过碱基的插入、缺失或替换可改变氨基酸的种类, 增加蛋白质的疏水性和同源蛋白在不同物种间的保守性。该文通过DNA与cDNA序列的比对, 分析了裸子植物银杏(Ginkgo biloba)叶绿体功能基因ndhF的编辑现象, 该基因共含有21个编辑位点, 且这21个位点均为部分编辑。生物信息学分析及与其它物种比对结果表明, ndhF C290位编辑可能会影响该蛋白的正确折叠。进一步使用单克隆酶切方法测定了不同胁迫处理对ndhF C290位编辑效率的影响, 结果表明该位点的编辑效率对温度和黑暗敏感。     

基于CRISPR/CasX介导的水稻基因组编辑技术的建立

Cas蛋白作为核酸酶发挥其切割活性需要识别特定的PAM序列,如SpCas9识别NGG PAM位点,LbCas12a识别TTTV PAM。已挖掘到新的能够识别TTCN PAM序列的蛋白—CasX蛋白,扩展了基因组编辑技术的编辑范围。本研究利用CasX的两个衍生型蛋白PlmCasX和DpbCasX,建立基于CRISPR/CasX介导的水稻基因编辑系统。通过PEG介导的水稻原生质体瞬时表达分析其编辑活性发现,PlmCasX和DpbCasX两个蛋白能够对水稻内源基因OsCPK16实现有效编辑。后通过水稻稳定遗传转化进一步验证,在TTCA PAM识别位点,DpbCasX蛋白对水稻内源基因OsCPK21的编辑效率为17.5%,PlmCasX蛋白对水稻内源基因OsCPK21的编辑效率为66.07%;在TTCG PAM识别位点,PlmCasX蛋白对OsCPK4的编辑效率为23.21%,而DpbCasX蛋白不能实现有效的基因编辑。并且基于MIDAS方法对PlmCasX蛋白的优化并不能提高其编辑活性。本研究证明了CRISPR/CasX系统在水稻中具有编辑活性,且其能识别TTCR PAM这一特性,扩大了基因...     

谷氨酸棒杆菌碱基编辑的条件优化

近年来,基于CRISPR/Cas9的碱基编辑技术因其具有不产生DNA双链断裂、无需外源DNA模板、不依赖宿主同源重组修复的优势,已经逐渐发展成为一种强大的基因组编辑工具,在动物、植物、酵母和细菌中得到了开发和应用。研究团队前期已在重要的工业模式菌株谷氨酸棒杆菌中开发了一种多元自动化的碱基编辑技术MACBETH,为进一步优化该方法,提高碱基编辑技术在谷氨酸棒杆菌中的应用效率,本研究首先在谷氨酸棒杆菌中构建了基于绿色荧光蛋白(GFP)的检测系统:将GFP基因的起始密码子ATG人工突变为ACG,GFP无法正常表达,当该密码子的C经编辑后恢复为T,即实现GFP蛋白的复活,结合流式细胞仪分析技术,可快速衡量编辑效率。然后,构建针对靶标位点的碱基编辑工具,经测试,该位点可成功被编辑,在初始编辑条件下碱基编辑效率为(13.11±0.21)%。在此基础上,通过对不同培养基类型、诱导初始OD600、诱导时间、诱导物浓度进行优化,确定最优编辑条件是:培养基为CGXII,初始OD600为0.05,诱导时间为20 h,IPTG浓度为0.01 mmol/L。经过优化,编辑效率达到(30.35±0.75)%,较初始条件提高了1.3倍。最后,选取原编辑条件下编辑效率较低的位点,进行了优化后编辑条件下的编辑效率评估,结果显示,不同的位点在最优编辑条件下的编辑效率提高了1.7–2.5倍,进一步证实该优化条件的有效性及通用性。研究结果为碱基编辑技术在谷氨酸棒杆菌中更好的应用提供了重要的参考价值。     

CRISPR-Cas基因编辑系统升级:聚焦Cas蛋白和PAM

以CRISPR-Cas (clustered regularly interspaced short palindromic repeats and CRISPR associated proteins)系统为代表的基因编辑技术的出现极大地促进了人类改造自然界物种的能力。在医疗、工业、农业等多个研究领域,基因编辑技术正在被广泛应用。Cas蛋白是CRISPR-Cas系统的功能蛋白,不同类型的Cas蛋白在其自身活性、识别位点、切割末端、RNA需求等方面具有不同的特性。PAM (protospacer adjacent motif)是靶位点附近的若干个碱基,对Cas蛋白识别靶序列至关重要,也是CRISPR-Cas系统发挥功效的关键特性之一。目前已有多种不同的PAM鉴定方法被报道。本文对Cas蛋白的寻找、Cas蛋白突变体筛选及PAM的确定方法(含PAM谱拓展)进行了综述,以期为新型基因编辑工具的发展和优化提供借鉴。     

家蚕CRISPR/Cpf1基因编辑系统建立

自CRISPR/Cas9基因编辑系统成功应用于模式生物以来,因其快速、高效、便捷等特点,广泛应用于基因功能研究、基因治疗和基因工程等研究领域。与此同时,CRISPR/Cas系统不断在微生物界的发现也加速了新的基因编辑工具的不断涌现。CRISPR/Cpf1是第二类 (Ⅴ型) 能够编辑哺乳动物基因组的CRISPR系统,相比于CRISPR/Cas9基因编辑系统,能够利用5′T-PAM富集区增加基因组覆盖率,具有其切割位点为粘性末端和更不易同源重组修复等诸多优势。基于此,本研究构建了能够在家蚕细胞表达的3个不同来源的CRISPR/Cpf1 (AsCpf1、FnCpf1和LbCpf1) 表达载体,选择高度保守的家蚕热休克蛋白基因BmHSP60和家蚕ATP酶家族BmATAD3A基因分别设计靶标gRNA,构建gHSP60-266R和gATAD3A-346R基因编辑载体。通过T7E1酶切分析和T克隆测序,鉴定3个Cpf1基因编辑系统AsCpf1、FnCpf1和LbCpf1对靶标基因BmHSP60和BmATAD3A的编辑效率。同时,利用Western blotting分析不同基因编辑系统敲除靶基因后对其BmATAD3A和BmHSP60蛋白翻译的影响。本研究成功构建了家蚕CRISPR/Cpf1基因编辑系统,能够在家蚕细胞中有效编辑家蚕基因组,为家蚕基因功能研究、基因工程和遗传育种开发了新技术与新方法。     

测序深度对RNA编辑识别算法的影响

RNA编辑是重要的转录后修饰过程,目前已有多种算法用于识别RNA编辑,本文主要研究小鼠中测序深度对RNA编辑识别算法的影响,从而为RNA编辑的研究给出建议的方法. 本文使用STAR比对软件将小鼠的RNA-seq数据进行序列比对,然后使用GATK识别SNV,并用Separate Method、GIREMI、RNAEditor 3种方法识别出RNA编辑位点. 最后对3种方法识别RNA编辑位点的共同部分、识别效率、识别稳定性、识别与测序深度的关系进行分析. 结果发现3种方法识别的编辑位点数目差异大,共有位点较少,随着测序深度的增加,识别的RNA编辑位点数也在增加. 结果表明RNA编辑识别算法在小鼠中的识别性能与测序深度呈正相关.     

曲霉高效基因编辑技术研究进展

曲霉Aspergillus spp.是自然界中分布极为广泛的一大类真菌,在工业上如黑曲霉等已经被人们广泛利用于食品添加剂等生产。因此,曲霉在工业、农业、医药领域均发挥着重要的作用。然而,有些曲霉如黄曲霉能够分泌致癌物黄曲霉毒素从而污染农产品;在临床上还有一类以烟曲霉为主的引起侵袭性真菌感染的条件致病曲霉菌。因此,曲霉就像一把双刃剑影响着人们的生活。曲霉菌丝具有发达的隔膜形成多细胞菌丝体并能在分生孢子梗上产生大量的分生孢子进行无性繁殖。研究曲霉的基因编辑技术对于控制医学和农业上有害曲霉的增殖和促进工业上有益曲霉的生长和代谢都具有非常重要的意义。长期以来,同源重组和随机整合一直是被用于研究曲霉基因功能的传统基因编辑方法,然而其操作费时费力且效率低、难以达到预期的要求。随着第三代基因编辑技术CRISPR/Cas9即成簇的规律间隔的短回文重复序列及其相关系统CRISPR/Cas9（Clustered regulatory interspaced short palindromic repeats-associated protein 9）建立以来,CRISPR/Cas9以编辑高效、操作简便等优势被广泛应用到不同物种中。目前,世界上多个研究团队已经建立了有效地用于不同曲霉物种的CRISPR-Cas9 基因编辑体系。本文概述了有关曲霉基因编辑的历史和进展,以期为尚未建立完整遗传编辑体系的其他曲霉物种或者丝状真菌引入高效CRISPR-Cas9体系提供帮助。     

CRISPR/Cas基因组编辑技术在乳酸菌中的应用及研究展望

乳酸菌是一类重要的食品工业微生物,目前对其功能基因鉴定和挖掘优良功能基因主要依赖于传统的基因同源重组技术,该技术尽管有较高的可靠性,但是存在操作繁琐、效率低下等不足,严重制约了乳酸菌优良菌株的遗传选育。CRISPR/Cas基因编辑技术极大提升了对多物种基因组的编辑效率,这为乳酸菌功能基因的快速鉴定及遗传改良提供了可能,但是现有的CRISPR/Cas基因编辑技术在乳酸菌的应用还存在诸多限制。本文综述了CRISPR/Cas基因编辑技术在乳酸菌基因组上的应用现状及亟待解决的问题,并展望了乳酸菌基因组编辑技术的未来发展趋势,为乳酸菌功能基因鉴定及遗传改良提供参考。     

棉花叶绿体基因RNA编辑位点的测定及分析

陆生植物叶绿体RNA编辑是转录后基因表达调控的一种重要方式。该文在预测棉花（Gossypium hirsutum）叶绿体基因RNA编辑位点的基础上,选取中棉10（CRRI 10）为实验材料,采用PCR、RT-PCR及测序等方法,确定CRRI 10的27个叶绿体蛋白编码基因共有55个编辑位点,均是C→U的转换。与棉种柯字310（C310）的编辑位点比对后发现,CRRI 10多出accD-468和rpoC1-163两个编辑位点,同时缺失psbN-10。利用生物信息学分析这3个位点,rpoC1-163和psbN-10的编辑可能会改变各自蛋白的二级结构。对CRRI 10中55个编辑位点上游的顺式作用元件（？30–？1）分析显示,共有8组顺式作用元件的相似性达到60%或以上,推测各组中的编辑位点可能由相同的反式作用因子来识别。     

乳酸菌基因组编辑技术研究进展

乳酸菌是一类重要的工业微生物,具有多种益生功能。目前关于其代谢功能改造、蛋白功能鉴定和挖掘优良功能基因等的研究主要依赖于传统的同源重组技术,但该技术效率低下,耗时且操作繁琐,严重制约了乳酸菌在基因水平的改造。因此建立稳定、高效的乳酸菌基因编辑方法,借助基因编辑技术挖掘功能基因、解析代谢途径、改良工业菌株等是十分有必要的。文章综述了乳酸菌基因编辑技术及其原理,并对这些技术在乳酸菌基因组上的应用现状和亟待解决的问题进行了分析总结,展望了乳酸菌基因组编辑技术的未来发展趋势,以期为乳酸菌功能基因鉴定及遗传改良提供参考。     

基于转录组测序数据识别黑猩猩RNA编辑位点

使用转录组测序(RNA-Seq)数据识别黑猩猩RNA编辑位点,探索了RNA编辑的识别机制以及潜在的功能影响．基于黑猩猩RNA-Seq数据与基因组序列的比对信息发现RNA-DNA错配位点,并构建编辑位点候选集．从中滤除基因组或转录组测序质量低的位点,其他的过滤条件包括3′端测不准、覆盖度、SNP位点以及估算的编辑水平．构建二项分布统计模型和Bonferroni多重检验滤除候选集中的随机错误,得到RNA编辑位点．选取落在已知基因上的编辑位点进行功能分析,并用Two Sample Logo软件分析编辑位点上下游序列的特征．识别出黑猩猩12种碱基替换型RNA编辑位点8 334个,其中有41个编辑位点改变原有的氨基酸,另有3个编辑位点落在microRNA(miRNA)潜在靶基因的种子结合区．统计学分析表明,分别有640和872个RNA编辑位点存在组织和性别差异．上下游碱基频率分析表明,多种类型的编辑位点紧邻碱基具有显著偏好．结果显示, RNA编辑在黑猩猩体内大量存在,且潜在具有重要的生物学功能,为进一步深入研究灵长类RNA编辑的机制奠定了基础．     

Editing of the grapevine mitochondrial cytochrome b mRNA and molecular modeling of the protein

Cytochrome b (COB), the central catalytic subunit of ubiquinol cytochrome c reductase, is a component of the transmembrane electron transfer chain that generates proton motive force. Some plant COB mRNAs are processed by RNA editing, which changes the gene coding sequence. This report presents the sequences of the grapevine (Vitis vinifera L.) mitochondrial gene for apocytochrome b (cob), the edited mRNA and the deduced protein. Grapevine COB is 393 amino acids long and is 98% identical to homologs in rapeseed, Arabidopsis thaliana and Oenothera sp. Twenty-one C-U editing sites were identified in the grapevine cob mRNA, resulting in 20 amino acid changes. These changes increase the overall hydrophobicity of the protein and result in a more conserved protein. Molecular modeling of grapevine COB shows that residues changed by RNA editing fit the secondary structure characteristic of an integral membrane protein. This is the first complete mitochondrial gene reported for grapevine. Novel RNA editing sites were identified in grapevine cob, which have not been previously reported for other plants.     

Adenosine‐to‐Inosine RNA Editing in Mouse and Human Brain Proteomes

Proteogenomics is based on the use of customized genome or RNA sequencing databases for interrogation of shotgun proteomics data in search for proteome‐level evidence of genome variations or RNA editing. In this work, the products of adenosine‐to‐inosine RNA editing in human and murine brain proteomes are identified using publicly available brain proteome LC‐MS/MS datasets and an RNA editome database compiled from several sources. After filtering of false‐positive results, 20 and 37 sites of editing in proteins belonging to 14 and 32 genes are identified for murine and human brain proteomes, respectively. Eight sites of editing identified with high spectral counts overlapped between human and mouse brain samples. Some of these sites have been previously reported using orthogonal methods, such as α‐amino‐3‐hydroxy‐5‐methyl‐4‐isoxazolepropionic acid (AMPA) glutamate receptors, CYFIP2, coatomer alpha. Also, differential editing between neurons and microglia is demonstrated in this work for some of the proteins from primary murine brain cell cultures. Because many edited sites are still not characterized functionally at the protein level, the results provide a necessary background for their further analysis in normal and diseased cells and tissues using targeted proteomic approaches.     

PPR蛋白参与RNA编辑机制的研究进展

RNA编辑是一种发生在转录后核苷酸特异位点的加工修饰现象,包括核苷酸的插入、删除和改变.高等植物中RNA编辑主要发生在线粒体与叶绿体中,具有重要的生物学功能,其机制仍在探索中.而PPR蛋白作为RNA编辑的反式作用因子,成为近几年来分子生物学的研究热点.该文就PPR蛋白、RNA编辑及PPR蛋白参与RNA编辑的机制等进行了综述.     

红莲型细胞质雄性不育水稻线粒体atp6基因转录本的编辑位点研究

以红莲（HL）型水稻细胞质雄性不育系A、保持系B及杂种一代F₁为材料,首次比较研究了红莲型水稻线粒体atp6基因转录本的编辑位点及各位点的编辑频率.结果表明atp6基因的转录本有18个编辑位点,其中有15个发生在密码子的第一和第二位点上,这些位点的编辑最终会导致氨基酸种类的变化.18个编辑位点在A、B和F₁中没有差异,但各位点的编辑频率在引入了核恢复基因的条件下发生了较大的变化,完全编辑的比例增加.这些结果首次证明HL型细胞质雄性不育与线粒体atp6转录本的编辑有一定相关性,编辑不充分的转录产物最终会干扰线粒体功能的正常发挥.