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。     

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。     

精准高效外源DNA整合技术研究进展

精准高效整合技术是将外源DNA片段插入到目的细胞基因组特定位置的一项转基因技术。早期通过细胞基因组与外源DNA同源序列发生重组来完成靶向整合的目的。伴随基因编辑技术发展,特别是CRISPR/Cas9技术的出现,精准高效的外源DNA整合技术日益成熟,广泛应用到功能基因组学、转基因动物及遗传疾病治疗的研究中。围绕基因编辑研究进展、引导RNA修饰技术、单碱基整合技术、转座子技术和外源DNA整合效率等方面对精准靶向和高效整合技术进行综述。     

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。     

主编导读

正本期主编导读主题:碱基编辑、脑细胞芯片、超高通量筛选、微量磷酸化蛋白质富集等技术方法,以及疫苗抗体、多肽药物、治疗用酶、生物材料、生物合成等领域的新进展。1技术方法以CRISPR/Cas9基因编辑系统为代表的基因组编辑技术可以显著提高基因敲除及定点修饰的效率。传统的CRISPR/Cas9技术通过在靶点处产生DNA双链断裂,诱发细胞内的同源重组和非同源末端连接修复途径,进而实现对基因组DNA的定点敲除、替换、插入等修饰。     

狂犬病病毒反向遗传学及其应用

反向遗传学是相对于经典遗传学而言的。经典遗传学是从生物的性状、表型到遗传物质来研究生命的发生与发展规律。反向遗传学则是在获得生物体基因组全部序列的基础上,通过对靶基因进行必要的加工和修饰,如定点突变、基因插入缺失置换等,再按组成顺序构建含有生物体必需元件的修     

基因组编辑产品的安全管理

基因组编辑技术是指利用特异性核酸酶的定点剪切活性与细胞内源DNA损伤修复活性,在基因组水平上对目的核酸序列或单个核苷酸进行定点修饰的基因工程技术,该技术可以对生物体基因组进行精确敲除、插入、单碱基突变或置换等编辑。目前,基因组编辑技术具有精确性、高效性及易操作性,应用范围日益扩大。文中简要概述了3种主要的基因组编辑技术工具及基因组编辑类型,介绍了美国、欧盟等国家和地区对基因组编辑产品的监管体制。同时,基于我国对转基因产品的安全管理原则与体系,初步提出了基因组编辑产品的安全管理思路。根据中间材料或产品中是否含有外源编辑酶蛋白基因成分对基因组编辑产品进行分类管理,含有外源编辑酶的材料应按现有转基因安全管理办法进行管理;中间材料或产品中不含有Cas9等编辑酶的材料应根据被编辑位点的特征进行具体分类管理。     

人工核酸内切酶介导的新一代基因组编辑技术进展

对基因组特定位置进行针对性修饰的实验方法称为基因组编辑技术。近年出现的ZFN、TALEN、CRISPR/Cas等一系列人工核酸内切酶逐渐形成了新一代基因组编辑技术,极大地促进了基因组靶向修饰技术的发展,并在基因功能研究、基因治疗等领域开始发挥巨大作用。文中对这一技术的基本原理、发展历程和应用方式进行了简要总结。     

人工锌指核酸酶介导的基因组定点修饰技术

锌指核酸酶(ZFN)由锌指蛋白(ZFP)结构域和Fok I核酸内切酶的切割结构域人工融合而成,是近年来发展起来的一种可用于基因组定点改造的分子工具。ZFN可识别并结合特定的DNA序列,并通过切割这一序列的特定位点造成DNA的双链断裂(DSB)。在此基础上,人们可以对基因组的特定位点进行各种遗传操作,包括基因打靶、基因定点插入、基因修复等,从而能够方便快捷地对基因组实现靶向遗传修饰。这种新的基因组定点修饰方法的突出优势是适用性好,对物种没有选择性,并且可以在细胞和个体水平进行遗传操作。文章综述了ZFN技术的研究进展及应用前景,重点介绍ZFN的结构与作用机制、现有的靶点评估及锌指蛋白库的构建与筛选方法、基因组定点修饰的策略,以及目前利用这一技术已成功实现突变的物种及内源基因,为开展这一领域的研究工作提供参考。     

CRISPR/Cas9 and Genome Editing in Drosophila

Recent advances in our ability to design DNA binding factors with specificity for desired sequences have resulted in a revolution in genetic engineering, enabling directed changes to the genome to be made relatively easily. Traditional techniques for generating genetic mutations in most organisms have relied on selection from large pools of randomly induced mutations for those of particular interest, or time-consuming gene targeting by homologous recombination. Drosophila melanogaster has always been at the forefront of genetic analysis, and application of these new genome editing techniques to this organism will revolutionise our approach to performing analysis of gene function in the future. We discuss the recent techniques that apply the CRISPR/Cas9 system to Drosophila, highlight potential uses for this technology and speculate upon the future of genome engineering in this model organism.     

应用基因组工程构建新型大肠杆菌细胞工厂

基因组工程（genome engineering）是指为了实现某一目标对复制系统进行有意地、广泛地遗传修饰。大肠杆菌作为常用细胞工厂之一,在生物制造领域应用广泛,已成为合成生物学的主要研究对象。应用基因组工程改造大肠杆菌可以进一步拓展其应用范围。介绍了基因组工程最新技术发展,如基因组整合、染色体进化、多元自动化基因组工程、可寻迹多元重组工程等,及其在改造大肠杆菌提高其生产能力、稳定性及环境耐受能力等方面的研究进展。     

Genome editing in Bombyx mori: New opportunities for silkworm functional genomics and the sericulture industry

In recent years, research in life sciences has been remarkably revolutionized owing to the establishment, development and application of genome editing technologies. Genome editing has not only accelerated fundamental research but has also shown promising applications in agricultural breeding and therapy. In particular, the clustered, regularly interspaced, short palindromic repeat (CRISPR) technology has become an indispensable tool in molecular biology owing to its high efficacy and simplicity. Genome editing tools have also been established in silkworm (Bombyx mori), a model organism of Lepidoptera insects with high economic importance. This has remarkably improved the level and scope of silkworm research and could reveal new mechanisms or targets in basic entomology and pest management studies. In this review, we summarize the progress and potential of genome editing in silkworm and its applications in functional genomic studies for generating novel genetic materials.     

CRISPR/Cas9系统在疾病研究和治疗中的应用

基因组编辑技术(Genomeeditingtechnology)是一种通过人工手段在基因组水平对DNA序列进行改造的遗传操作技术,包括特定DNA片段的插入、敲除、替换和点突变。其中,依赖核酸酶的基因组编辑技术的基本原理是在基因组的特定位置产生双链DNA断裂(Double-strandedbreak,DSB)后通过非同源末端连接(Non-homologous end joining,NHEJ)或同源重组(Homologous recombination,HR)的方式进行修复。随着对核酸酶更深入的研究,基因组编辑技术也得到了快速发展,其中最常使用的核酸酶主要包括巨型核酸酶、锌指核酸酶、转录激活因子样效应物核酸酶以及成簇的规律间隔的短回文重复序列相关蛋白(Clusteredregularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)-associated proteins (Cas)。文中在介绍上述基因组编辑技术的发展及作用原理的基础上,主要综述了CRISPR/Cas9系统在基因功能鉴定、疾病模型建立、基因治疗和免疫治疗等应用领域的研究进展,并对其未来发展进行了展望。     

基因组编辑技术中供体DNA类型及选择

基因组编辑技术能够实现基因组的精确修饰和改造,是后基因组时代研究基因功能和遗传信息的主要手段。传统的基因打靶技术通过低效率的细胞自发同源重组实现目的基因的定点修饰。真核细胞中DNA双链断裂介导的同源重组效率远高于自发同源重组,利用人工核酸内切酶特异性地在基因组靶序列处引入双链断裂,通过提供适当形式的、含有一定长度同源臂的供体DNA,能够实现相对高效的基因组靶向编辑。本文系统总结了环状质粒、线性化质粒、聚合酶链式反应产物及单链寡聚脱氧核苷酸4种类型的供体DNA在基因组精确编辑研究中的应用及候选原则,以期为以后相关研究中供体DNA的选择、设计提供参考和借鉴。     

CRISPR /Cas9基因编辑技术在山羊和绵羊中的应用研究进展

CRISPR/Cas9系统是近年来新兴的一种基因编辑技术,可将特定DNA基因序列敲除、插入或定点突变,具有快捷、高效、精准、特异性高等特点,广泛地应用于遗传育种、生物医药和基因工程等研究领域。山羊和绵羊是重要的经济家畜动物和实验动物,利用CRISPR/Cas9基因编辑系统对羊进行遗传修饰,将加速品种改良,提高动物生产性能,获得更加优质的农副产品。主要对CRISPR/Cas9基因编辑技术的概述、作用机理及在羊乳"人源化"改造、提高肉品质、改善毛纤维质量等方面的应用研究进展及发展前景作简要阐述,以期为相关科研人员提供参考。