CRISPR-Cas9基因编辑技术在秀丽线虫中的应用

基于细菌基因组规律成蔟的间隔短回文重复(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats)发展而来的新型基因编辑方法(CRISPR-Cas9)对生物医学研究是一场划时代的革命。它几乎可用于大多数生物体的基因编辑。秀丽线虫是一种非常经典的遗传学模式生物,CRISPR-Cas9基因编辑技术进一步加速了对其基因功能及各种生物学问题的研究。文中主要总结CRISPR-Cas9基因编辑系统在遗传学模式生物秀丽线虫中的发展和应用。     

基于人工核酸酶的遗传修饰技术在线虫中的应用

近年来,基于人工核酸酶TALEN或CRISPR-Cas9的遗传编辑技术表现出高效、快捷和靶向性修饰等特点,已迅速成为生物学研究中的重要手段。在经典的遗传学模式动物线虫中,这两项技术的应用主要包括:生殖腺基因敲除、条件性基因敲除、定点突变以及单拷贝基因插入等。将介绍这方面研究进展,并展望这两项技术在线虫遗传学研究中的应用前景。     

CRISPR/Cas9基因编辑技术在线虫中的应用进展和展望

线虫属于线虫动物门,从陆地到海洋,从浅海到深海,线虫可以生存于几乎所有可栖息环境,是地球上数量最多的多细胞动物.线虫中不仅有生物医学研究领域的明星模式生物秀丽线虫(Caenorhabditis elegans),还包括对海洋生态环境具有重要意义的自由生活海洋线虫,以及引起人类、牲畜和农作物寄生虫病的寄生线虫等.近几年来,CRISPR/Cas9基因编辑技术的快速发展和广泛应用,带动了生命科学研究技术的革命.CRISPR/Cas9技术具有易构建、成本低、靶点广、效率高的优点,很快就成为了研究者不可缺少的实验工具.利用CRISPR/Cas9基因编辑技术研究线虫领域的重要科学问题,将加速人们对基因功能和重要生命过程规律的深入解析,并大大促进与线虫紧密关联的人类健康、产业经济和生态环境等领域的发展.本文总结了近期CRISPR/Cas9基因编辑技术在秀丽线虫以及其他线虫中应用的一些重要进展,并对其应用前景和未来的热点研究领域进行展望.     

一个线虫长非编码RNA的单细胞精度表达谱分析以及基因敲除研究

秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans,C.elegans)中长非编码RNA(long non-protein coding RNA gene,lncRNA)的结构和功能是近年来的研究热点之一。数据表明长非编码基因linc-5在线虫的胚胎和早期幼虫均有较高表达,提示其在线虫的胚胎发育过程中具有非常重要的作用。选取线虫两个物种C.elegans和C.briggsae为实验材料,构建启动子与荧光报告基因(mCherry)融合载体;通过基因枪整合到基因组上,得到纯合转基因线虫品系;结合在线虫中建立的单细胞精度的表达谱分析技术,对线虫两个物种幼虫L1时期的表达谱比较,说明linc-5在物种间具有非常强的保守性;在线虫中利用基因组编辑工具CRISPR/Cas9(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated system)技术成功敲除linc-5基因,为进一步研究linc-5的功能提供了良好基础。     

秀丽线虫的蛋白质组学研究

作为模式生物,秀丽线虫(Caenorhabditis elegans)已经成功地用于许多生命过程的研究,尤其被广泛应用于现代发育生物学、行为与神经生物学、基因组学、正向和反向的遗传学研究中,近年来,秀丽线虫更成为了一个进行蛋白质组学研究的优良体系,诠释了基于基因组学和RNA干涉研究中的基因功能。许多比较蛋白质组学表达谱的建立可以更好地理解线虫在不同发育阶段、不同温度下基因的表达,在与人类神经疾病相关的疾病研究中,线虫对帕金森疾病、阿尔茨海默症、衰老与寿命、胰岛素通路都有所揭示。另外,线虫的亚蛋白质组学和翻译后修饰如糖基化和磷酸化也已经鉴定,其数据库也在不断地完善。本文介绍了秀丽线虫的蛋白质表达谱建立的历史,尤其是神经科学研究中的应用及翻译后修饰表达谱的建立等方面的研究现状,因此,结合其它分子生物学和基因工程技术,线虫蛋白质组学研究已成为提供一个新的全面的系统分析基因功能的重要工具,提示线虫是"蠕虫蛋白质组学"的一个丰富宝藏。     

秀丽隐杆线虫在高校遗传学实验中的应用

秀丽隐杆线虫(Caenorhabditiselegans)是模式生物中的重要成员之一,因其实验成本低,实验周期短,非常适宜用于高校的遗传学实验教学中。线虫在实验教学中的使用,一方面可以有效地丰富高校实验教学的内容,另一方面也可以很好地激发学生的学习兴趣。本文介绍了线虫在遗传学实验教学中的应用实例,如生活周期观察、单因子杂交、单核苷酸多态性研究、RNA干扰(RNAi)实验等;对实验设置、操作要求、实验相关准备工作等进行了较为细致的描述,为线虫在高校遗传学实验教学中的应用提供了详实案例,可为线虫在高校遗传学实验或其他相关实验课程如细胞生物学实验、模式生物与发育生物学实验中的应用提供参考。     

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。     

CRISPR/Cas9基因编辑在三维基因组研究中的应用

CRISPR/Cas9系统在基因编辑方面具有巨大优势,能够低成本、可编程、方便快捷地用于动物、植物以及微生物的基因组靶向编辑和功能改造。三维基因组学是近年来兴起的一门研究染色质高级结构动态调控及基因组生物学功能的交叉学科。在三维基因组研究中,通常采用对DNA片段进行基因编辑以模拟基因组结构性变异,标记特定DNA片段,进而研究调控元件对于基因调控、细胞分化、组织发生、器官形成、个体发育的影响,最终阐明三维基因组的组装调控机制和生物学功能。因此,CRISPR及其衍生技术为研究三维基因组提供了极好的遗传学工具。本文主要综述了CRISPR片段编辑及其衍生技术在三维基因组调控与功能研究中的应用,以期为后续研究工作提供理论参考以及新的研究思路。     

果蝇研究技术与资源的开发

黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)是进行生物医学研究的理想模型,但研究过程往往受到遗传工具和品系资源的限制,无法有效地调控目的基因表达,阻碍实验的深入开展。为了方便果蝇领域的实验室开展研究,我们首先开发并优化了基于CRISPR/Cas9的基因组编辑技术,随后研发了转录激活系统和新一代转基因干扰技术,最终可以简单高效、准确特异地调控目的基因表达。同时,利用这些遗传学新技术,我们构建了相应的基因敲除、转基因转录激活、转基因干扰的果蝇品系资源库,使清华大学果蝇中心成为世界上最重要的果蝇技术和资源中心之一。这些新技术以及相应的果蝇资源,正在被国内外果蝇研究领域的实验室所应用,对发育和疾病等相关研究发挥着广泛的促进作用。     

基于微流控芯片的秀丽隐杆线虫的研究进展

微流控芯片技术作为近年来最前沿的分析技术之一,已经在化学、生物学、医药学等研究领域取得了突破性的进展.微流控芯片具有高通量、微型化和多功能集成化等独特优势,已经成为生物医学研究的新平台之一,被越来越多地应用于秀丽隐杆线虫的研究.综述了基于微流控芯片上的秀丽隐杆线虫在生物医学领域中的研究进展,侧重介绍了微流控芯片在线虫的自动化固定、行为学、衰老与发育学、神经学、药物筛选及基因筛选等六大方面所取得的最新进展,并展望了微流控芯片的应用前景.     

空间环境对秀丽线虫行为及生长发育研究进展

与秀丽线虫有关的研究开始于20世纪60年代,秀丽线虫作为模式生物是第一个完成基因测序的多细胞生物,普遍应用于各种环境对生理和行为学研究中。空间环境以微重力、强辐射作为特点,对秀丽线虫的生理及行为产生很大影响。本文总结了微重力和辐射引起秀丽线虫运动能力、寿命、能量代谢等方面基因表达变化的研究成果。秀丽线虫与人类的序列相似性高达40%,空间环境对秀丽线虫行为及生长发育的研究为空间环境对人类健康影响研究提供数据支持,也为空间损伤修复研究提供理论基础。     

推荐一种遗传学教学实验用新材料— 秀丽隐杆线虫

1987年5, 6月间，为期两周的“中美第一期线虫 技术讲习班”在中科院上海生化所举行。该班由美方 Robert S. Edga，等三位教授主讲，向中国学员系统地 介绍了秀丽隐杆线虫（Caenorhabdisis elegans）的研究 现状，并开设了一系列有关线虫研究的遗传学和分子 生物学实验。这一套实验系统很适合于大学的遗传学 教学实验。现撰文推荐于此，希望能引起兴趣     

模式线虫中国新纪录种Caenorhabditis elegans的种类鉴定与系统分析

广杆属秀丽线虫Caenorhabditis elegans是生物学中应用广泛的经典模式生物,利用形态准确对其进行种类鉴定困难且耗时,实验利用NGM培养基对1000余份样品进行线虫的分离培养,通过形态学、分子生物学、系统学分析及生殖隔离验证等方法对所分离线虫进行鉴定和分析,得到4个种共55个品系的广杆属线虫,其中采自武汉植物园腐殖质土壤的GXW0001经鉴定为C.elegans的中国分布新纪录。研究为模式线虫种类鉴定建立了系统可靠的方法,并填补了我国模式线虫种质资源库的空白。     

秀丽隐杆线虫体内脂肪染色方法的探究

近几十年来,秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)因其结构简单、通体透明、生命周期短和易于培养,常作为一种模式生物被广泛用于现代发育生物学、遗传学、抗衰老和及脂肪调控等方面的研究。本文探索了一种对秀丽隐杆线虫体内脂肪的油红O染色方法,利用1%Triton X-100的透过作用,线虫体内脂滴可被油红O更好的着色,镜下观察颜色鲜红,染色效果较好,为以后研究线虫脂肪调控奠定了基础。     

基于COPAS自动分选系统检测线虫线粒体氧化还原状态(英文)

线粒体是氧化还原信号通路的重要节点,然而,对于线粒体氧化还原变化的原位检测十分困难。作者选择秀丽隐杆线虫为模式生物,使用线粒体定位的氧化还原敏感探针Grx1-roGFP2对线虫进行标记。同时,为了快速比较多个样品间的氧化还原变化,建立了基于COPAS生物自动分选系统的自动定量检测方案。结合氧化还原敏感探针标记的转基因线虫品系,该方法能够快速检测RNA干扰以及线虫生长发育不同时期引起的线粒体氧化还原变化。     

转基因小鼠

转基因动物是动物基因工程在医学和农业生物学研究中突出的成果。转基因动物在近十年中已取得很多成果,并为研究分子遗传学、发育生物学、医学遗传学提供了许多宝贵的资料,为研究肿瘤病因学及家畜育种开拓了新的途径。     

综述: 秀丽线虫胰岛素类生长因子和雷帕霉素受体信号通路对衰老的调节作用

衰老表现为随着时间推移而带来的功能上的衰退和死亡率的上升.利用模式生物,研究人员已经证明,衰老受高度保守的信号通路所调控,而且遗传与环境因素的改变可以显著延长寿命并延缓功能上的衰退.作为一种模式生物,秀丽线虫由于其遗传操作的简单性以及基因组的高度保守性,已被广泛应用于现代生物学研究中.许多关于衰老的分子机理最初是在秀丽线虫中被阐明的.本文总结了秀丽线虫中高度保守的胰岛素类生长因子(IGF-1)和雷帕霉素受体(TOR)这两条信号通路调控衰老的研究进展,并对未来的研究方向展开了评述.     

秀丽线虫胰岛素类生长因子和雷帕霉素受体信号通路对衰老的调节作用

衰老表现为随着时间推移而带来的功能上的衰退和死亡率的上升.利用模式生物,研究人员已经证明,衰老受高度保守的信号通路所调控,而且遗传与环境因素的改变可以显著延长寿命并延缓功能上的衰退.作为一种模式生物,秀丽线虫由于其遗传操作的简单性以及基因组的高度保守性,已被广泛应用于现代生物学研究中.许多关于衰老的分子机理最初是在秀丽线虫中被阐明的.本文总结了秀丽线虫中高度保守的胰岛素类生长因子(IGF-1)和雷帕霉素受体(TOR)这两条信号通路调控衰老的研究进展,并对未来的研究方向展开了评述.     

“中国演化生物学进展与展望”专辑简介

<正>演化生物学是研究生物演化的科学,探究生物演化的历史、原因和规律等. 1859年达尔文生物演化论的提出,为现代演化生物学的形成和发展奠定了理论基础.经过近两个世纪的发展,演化生物学的研究已经与生态学、遗传学、分子生物学、发育生物学、古生物学、行为学和生物地理学等许多学科形成了广泛和密切的联系,成为生命科学最重要的学科之一.特别是最近十年来,随着各类组学技术及非传统模式生物基因编辑技术的迅猛发展,演化生物学迎来了新的发展契机,不仅可以回答该学科中长期悬而未决的重要难题,更使得演化生物     

阿尔茨海默病的秀丽隐杆线虫模型及其应用

秀丽隐杆线虫在遗传背景、研究手段上具有其独特的优势,以它为模型的研究集中于生命科学和医学研究的多个领域,阿尔茨海默病(AD)的研究也列于其中。虽然它神经系统结构简单,但它神经元的功能和神经递质都与其他动物类似,是研究神经退行性疾病机制的良好在体模型。本文就秀丽隐杆线虫在AD的研究进展进行了综述,主要包括AD相关基因在秀丽隐杆线虫中的保守性、AD相关基因转基因模型及其在研究治疗AD药物上的应用。