CRISPR/Cas9技术的发展及在基因组编辑中的应用

CRISPR/Cas9是由细菌和古细菌等微生物中特有的获得性免疫系统发展起来的基因组编辑技术,可以被一段短的RNA引导到复杂基因组中的特定位置,从而对靶标识别切割。该技术可以很容易对几乎所有生物体中的内源基因组DNA序列及其表达产物进行有选择地被编辑或调控,已成为一种热门的基因组编辑工具,正积极推动着从基础生物学到生物技术和医学等方面的发展。介绍CRISPR/Cas9的研究历史、结构和功能以及、精确识别的分子基础,并就其在基因组编辑中的应用进行了较为详尽的综述,以期为从事该领域的科研人员提供参考。     

植物基因组编辑试剂材料的导入及转化系统的研究现状及前景

目前科研人员已经研发了许多基因组编辑工具,新的基因组编辑工具也在不断地探索中,其中有一些编辑工具,如CRISPR/Cas9系统已经被广泛地应用于植物遗传学、生物技术和育种等各方面.基因组编辑技术可以对农艺性状相关基因的特异序列进行精准编辑,从而开启了作物改良的新时代.本文聚焦于植物基因组编辑试剂材料导入及转化的最新方法及进展,比较了各种导入及转化系统的优缺点,最后讨论了植物基因组编辑试剂材料导入及转化未来可能的发展方向.     

基因组编辑脱靶研究进展

近年各种基因组编辑技术的成功研发为人类疾病的治疗与预防谱写了新的篇章,这些技术对应的基因组编辑工具主要包括锌指核酸酶(ZFNs)、转录激活子样效应因子核酸酶(TALENs)和最近发现的规律成簇间隔短回文重复(CRISPR)/Cas系统。这些工具相应的脱靶问题目前是制约基因组编辑技术介导人类疾病治疗的重要瓶颈。本文将分别从基因组编辑工具的介绍、脱靶的现状、解决优化的方案和检测方法进行总结与探讨,通过比较,进一步了解基因组编辑工具的优缺点及相关脱靶检测方法的适用性。     

CRISPR/Cas系统抵抗人类病毒感染的研究进展

CRISPR/Cas系统是细菌抵抗噬菌体感染的一种机制,细菌利用小RNA分子作为引导序列,引导核酸内切酶对噬菌体基因组进行序列特异性的剪切。利用这一特点,CRISPR/Cas已被改造并广泛用于人类细胞的基因编辑。近年来,CRISPR/Cas系统在抵抗人类病毒感染中的应用潜力备受关注。CRISPR/Cas系统可直接剪切病毒基因组,或编辑对病毒复制高度依赖的宿主因子。此外CRISPR/Cas系统还被开发为高度敏感的病毒检测工具。本文就CRISPR在抵抗人类病毒感染方面的研究进展进行综述。     

全基因组测序在病原菌分型与溯源中的应用研究进展

细菌分子分型已成为监测细菌感染性疾病的暴发流行与明确病原菌传播途径的重要工具。随着全基因组测序技术的日益兴起,公共数据库中已产生大量的细菌基因组数据,迫切需要研究人员充分认识和理解该技术,并掌握多种生物信息学工具挖掘并解读测序数据。本文系统概述了全基因组测序技术与生物信息学工具在病原菌分型与溯源中的应用,并对全基因组测序技术在临床诊疗实践中存在的挑战以及未来应用前景进行了探讨。     

Cell stem cell:华人科学家发现提高CRISPR-CAS9效率的小分子化合物

<正>近日,来自Gladstone研究所的科学家们在著名国际期刊cell stem cell发表了一项最新研究成果,他们通过高通量小分子化合物筛选,鉴定出几种小分子化合物能够提高CRISPR-CAS9系统的基因组编辑效率。这项研究不仅找到了一种提高CRISPRCAS9效率的方法,同时首次证明了小分子化合物可以成功的调控基因组工程。研究人员指出,细菌的CRISPR-CAS9系统利用非同源末端连接(NHEJ)的原理进行特异性基因敲除,已经作为一种基因编辑工具得到广泛     

动物基因组编辑及其应用研究进展

基因组编辑技术已成为研究人员进行生物和生物医学研究的强大武器。为了进一步改善和拓展其功能,科学家们在多种生物个体上进行了测试,优化了多种基因编辑工具递送策略,并且已经研发出了多种方案来确保基因组编辑的准确性。本研究回顾了基因组编辑技术的历史里程碑,讨论了出现的相关技术应用,最后,本研究还预测了未来基因组编辑技术的发展方向,为基因组编辑技术的未来发展提供了一个崭新的视角。     

利用不同G+C含量细菌基因组评估细菌ncRNA基因预测工具

【目的】为识别已完成全测序细菌基因组中的ncRNA基因,对3个常用ncRNA预测工具s RNAPredict、PORTRAIT和s RNAscanner进行评估。【方法】选择了细菌ncRNA数据库BSRD收录的含有已知ncRNA基因数目大于30的9个细菌基因组,并按基因组G+C含量进行分类,比较s RNAPredict和PORTRAIT工具的预测准确性。提取不同G+C含量基因组中ncRNA基因转录起始和终止区的序列特征,对s RNAscanner预测结果进行评估。【结果】s RNAPredict对细菌ncRNA基因的预测特异性和阳性检出率均高于PORTRAIT,而敏感性则较差;两种工具预测效果均随基因组G+C含量不同而产生明显变化。在不同G+C含量的细菌基因组中,ncRNA基因启动子和终止子区域的序列特征有明显差异。利用这些序列特征能提高s RNAscanner预测ncRNA基因的平均水平。【结论】3种ncRNA基因工具预测效果随基因组G+C含量变化而不同。不同G+C含量基因组中ncRNA基因的转录起始和终止区特征可作为ncRNA基因预测的重要参数之一。     

微生物基因组研究进展

微生物基因组研究近年来发展很快,借助基因测序技术已完成多种微生物基因组测序。原核细胞生物基因组与真核细胞基因组具有各自特点。许多由基因控制的细菌遗传性状与细菌毒力有关,选择合适的靶基因研究可用于发展疫苗和开发新的诊断工具。同时,加快基因组功能性研究迫在眉睫。     

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。     

病毒重组细菌人工染色体构建、突变及应用

如何快速、方便地保存和修饰基因组较大的DNA和RNA病毒核酸一直是病毒学研究的重点。细菌人工染色体(bacterial artificial chromosome,BAC)为解决这两个问题提供了便利,它可以容纳300 kb的基因序列,能够通过大肠杆菌诱变技术进行有效修饰,目前已经成为编辑大基因组病毒基因的有效工具。DNA病毒,如疱疹病毒和痘病毒的基因组已被克隆到BAC载体上。此外,一些RNA病毒,如冠状病毒和黄病毒科病毒等也建立了基于BAC的反向遗传操作系统。现概述不同病毒重组BAC构建策略,总结了常用的对BACs进行基因修饰的技术,介绍了BAC载体重组病毒的拯救以及将BAC序列从病毒基因组中删除的方法,简述了病毒重组细菌人工染色体的应用。     

CRISPR/Cas核糖核蛋白介导的植物基因组编辑

CRISPR/Cas (clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated proteins)系统作为一种重要的基因编辑工具,自诞生以来被广泛应用于作物的性状改良。与CRISPR/Cas DNA载体介导的植物基因组编辑相比,CRISPR/Cas核糖核蛋白(CRISPR/Cas ribonucleoprotein, CRISPR/Cas RNP)介导的植物基因组编辑具有作用迅速、脱靶率低和无外源DNA插入(DNA-free)等优点,因而无需清除CRISPR编辑工具而更容易获得纯合的编辑体。但是,由于植物细胞转化方法和细胞再生技术的限制,不借助筛选标记的辅助将CRISPR/CasRNP直接导入植物细胞并获得高效基因编辑仍比较困难,直接限制了CRISPR/CasRNP在植物基因组编辑中的广泛应用。本文系统介绍了CRISPR/Cas RNP基因组编辑技术的分子作用机理及其优势,并总结了CRISPR/Cas RNP导入植物细胞的方法,最后对CRISPR/Cas RNP在植物基因组编辑中的新应用和新思路进行了展望,以期为进一步改进CRISPR/Cas RNP基因组编辑技术和扩大其在作物改良中的应用提供参考。     

中国科学家发现胞嘧啶单碱基编辑工具存在 基因组范围的脱靶

基于CRISPR-Cas的单碱基编辑工具是近2年基因组编辑技术的重大突破之一, 已经在人类(Homo sapiens)细胞和动植物中得到了验证与应用。最近, 中国科学家分析了胞嘧啶编辑器(CBE) BE3和HF1-BE3, 以及腺嘌呤编辑器(ABE)等单碱基编辑工具在水稻(Oryza sativa)中的脱靶现象, 发现BE3和HF1-BE3两个CBE在全基因组范围内存在脱靶编辑, 而ABE则没有脱靶现象。这一发现对单碱基编辑工具的应用和进一步改进具有重要意义。     

中国科学家发现胞嘧啶单碱基编辑工具存在 基因组范围的脱靶

基于CRISPR-Cas的单碱基编辑工具是近2年基因组编辑技术的重大突破之一, 已经在人类(Homo sapiens)细胞和动植物中得到了验证与应用。最近, 中国科学家分析了胞嘧啶编辑器(CBE) BE3和HF1-BE3, 以及腺嘌呤编辑器(ABE)等单碱基编辑工具在水稻(Oryza sativa)中的脱靶现象, 发现BE3和HF1-BE3两个CBE在全基因组范围内存在脱靶编辑, 而ABE则没有脱靶现象。这一发现对单碱基编辑工具的应用和进一步改进具有重要意义。     

基因编辑技术在大肠杆菌中的应用

利用基因编辑技术对大肠杆菌基因组进行改造可以研究基因功能,或改变其代谢途径大量生产原本成本较高的产物,从而获得可以生产特定产物的遗传稳定性工程菌株.目前可以对细菌基因组编辑的方法有Red同源重组、CRISPR/Cas9技术等.Red同源重组是比较传统的基因编辑技术,应用广泛,但编辑效率受整合片段大小的限制,基因编辑过程...     

CRISPR-Cas系统在植物基因组编辑中的研究进展

基因组定点编辑技术是研究基因功能和生物体改造的重要工具。CRISPR-Cas(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats and CRISPR-associated proteins)系统是近年来发展的一种新型基因组编辑技术,该技术通过一段向导RNA和配套的核酸酶就可对特定的基因组序列进行定点编辑,具有简单高效、应用广泛的特点,受到了生物学家的广泛关注。本文着重介绍CRISPR-Cas系统在植物中的研究进展,包括CRISPR-Cas9系统在植物中的应用与完善、扩大基因组编辑范围的研究、Cas9切口酶和失活酶的拓展、特异性单碱基突变编辑系统的研究、无外源DNA污染的植物基因编辑技术的发展以及基因组编辑技术在作物育种上的应用等方面。同时也提出了还需解决的问题,并展望了基因组编辑系统在作物育种中的应用前景,为开展这一领域的研究工作提供参考。     

碱基编辑器的开发及其在细菌基因组编辑中的应用

碱基编辑器是近两年发展起来的新型基因组编辑工具,它将碱基脱氨酶的催化活性和CRISPR/Cas系统的靶向特异性进行结合,催化DNA或RNA链上特定位点的碱基发生脱氨基反应,进而完成碱基的替换。碱基编辑器分为DNA和RNA碱基编辑器两大类,其中DNA碱基编辑器分为两种:胞嘧啶碱基编辑器和腺嘌呤碱基编辑器;前者可以实现胞嘧啶到胸腺嘧啶的转换,而后者则可以将腺嘌呤突变为鸟嘌呤。由于DNA碱基编辑器不会造成DNA的双链断裂(DSB),也不依赖于宿主的非同源末端修复和同源重组途径,因此,大大减少了DSB相关的编辑副产物,如小片段插入或缺失等。基于CRISPR/Cas系统的RNA碱基编辑器,可以实现RNA链上腺嘌呤核苷到次黄苷的转换。本文对不同类型碱基编辑器的开发过程、适用范围和编辑特点等进行梳理,并对其在细菌基因组编辑中的应用进行了介绍;最后简要探讨了细菌中碱基编辑器的缺点以及将来可能的研究方向。     

CRISPR/Cas9基因组编辑技术在农业动物中的应用

CRISPR(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats)/Cas(CRISPR associated proteins)是在细菌和古细菌中发现的一种用来抵御病毒或质粒入侵的获得性免疫系统.目前已发现的CRISPR/Cas系统包括Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ型,其中Ⅱ型系统的组成较简单,由其改造成的CRISPR/Cas9技术已成为一种高效的基因组编辑工具.自2013年CRISPR/Cas9技术成功用于哺乳动物基因组定点编辑以来,应用该技术进行基因组编辑的报道呈现出爆发式的增长.农业动物不仅是重要的经济动物,也是人类疾病和生物医药研究的重要模式动物.本文综述了CRISPR/Cas9技术在农业动物中的研究和应用进展,简述了该技术的脱靶效应及减少脱靶的主要方法,并展望了该技术的应用前景.     

细菌中CRISPR/Cas系统的应用和优化

成簇规律间隔短回文重复序列(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)系统在近年来得到越来越广泛的应用。相比传统的基因组编辑技术,CRISPR/Cas系统具有编辑效率高、特异性强、花费低、对实验技术要求低等优势。其中Ⅱ型和Ⅴ型CRISPR/Cas系统分别仅需要单个Cas9蛋白和单个Cpf1蛋白作为切割双链DNA的工具,因此特别受到研究者们的青睐。目前CRISPR/Cas9技术已成功应用于斑马鱼、小鼠、人类细胞等真核生物的基因组编辑中,并取得一系列重要成果,但在细菌领域进行的相关研究并不多。文中将简单描述CRISPR/Cas系统及其作用机制,重点介绍该系统的优化以及近年来其在细菌学领域所取得的进展。     

植物CRISPR基因组编辑技术的新进展

在过去的4年中,CRISPR/Cas9基因组编辑技术成为生命科学领域的革命性工具,为植物学基础研究和农作物遗传改良提供了高效、快速而又廉价的遗传操作工具。利用CRISPR/Cas9系统可以实现精准的knock-out和knock-in等遗传操作,也可用于靶向激活或抑制基因的表达。在CRISPR/Cas9被广泛地用于基因组编辑的同时,它的编辑能力、效率和精确度也在不断地改进和完善,特别是CRISPR/Cpf1系统的发掘和单碱基编辑技术的创建,使CRISPR系统正逐步成为一个理想的遗传工程技术平台。此外,利用CRISPR/Cas9技术改良的农作物品种也已经涌现,这必将推动精准基因组编辑技术在农作物遗传改良中的应用和发展。