遗传易位-癌症的起因

近十年来对导致遗传变化的途径有了更进一步的认识。现在已经弄明遗传信息扩散不仅有出现于不同基因组同源区间的“合法”重组,也有出现于非同源区间(可能在基因组的不同部分甚至在不同的个体中)的“非法”重组。这后一种重组过程相当于染色休的重新排列并允许信息的某些组分(易位子)移来移去,以便新的基因重组能经受生存     

一种新的基于Red重组及I-Sec I体内切割的大肠杆菌基因组无痕删减方法

目前常用的基因修饰方法是在Red同源重组介导下,电转线性PCR片段替换染色体上指定序列。因PCR过程错误掺入,该方法常常会在同源序列部位产生一些突变。为了避免此类突变,我们建立了一种新的无痕删除方法。首先将含有抗性标记(两侧带有I-Sec I识别位点)的线性DNA电转到Red重组感受态细胞内,用抗性基因替换基因组上指定序列;然后,将携带融合同源臂(两侧带有I-Sec I位点)的供体质粒导入上述细胞,诱导表达I-Sec I内切酶切割供体质粒释放同源片段,同时切除染色体上抗性基因产生双链断裂,通过分子间同源重组实现无痕删除。我们应用该方法连续删除了大肠杆菌DH1基因组上11个非必需区,使基因组减小10.59%。PCR测序证明所有删减区域同源臂未发生突变,基因组重测序证明指定区域被删除。删减菌的生长变化不大,但耐酸能力有所改变,并对番茄红素合成有不同影响。     

用大肠杆菌同源重组获得克隆化重组腺病毒基因组

利用大肠杆菌细胞内质粒间同源重组获得克隆化重组腺病毒基因组 DNA,高效构建携带有外源基因的均一重组腺病毒 .将带有狂犬病毒糖蛋白 (GP)基因和加强型 GFP(enhanced GFP,EGFP)表达盒的重组穿梭质粒 p Ad- Track- CMV/ GP与腺病毒骨架载体质粒 p Ad Easy- 1一起同时电击共转化大肠杆菌 BJ51 83.在 BJ51 83细胞内 ,带有同源序列的重组穿梭质粒与骨架载体可进行同源重组 ,得到以质粒形式存在的克隆化重组腺病毒基因组 p Ad- GP’.以 p Ad- GP’为模板 ,经DNA测序确认 GP基因成功整合入此质粒中的腺病毒基因组 E1区外源基因表达盒中 .线形化的p Ad- GP’转染 2 93细胞后可得到基因组结构均一、在 E1区插入有 GP和 EGFP表达盒的重组腺病毒 ,病毒滴度可达 1× 1 0 8pfu/ ml.电镜下此重组病毒颗粒直径约为 70 nm,略呈球形 ,用荧光显微镜观察感染细胞有很强的 EGFP表达 .实验表明 :利用大肠杆菌同源重组获得克隆化的重组腺病毒基因组 DNA,可高效制备高滴度的均一重组腺病毒     

序列特异性核酸酶及其在植物基因组定向修饰中的应用

通过对基因组特定区域进行精确定向遗传修饰,一方面可以针对目标序列进行精确突变,获得突变材料,对目标基因功能进行明确鉴定;另一方面可以进行目标序列的精确置换或插入,将外源基因随机导入造成的表达及遗传的不确定性降至最低。传统的基因定向修饰技术仅依赖于细胞自身的同源重组,修饰效率低下,而且还存在位置效应和遗传不稳定等诸多问题。通过引入序列特异性核酸酶（sequence—specificnucleases,SSN）,可以在基因组特定位点造成DNA双链断裂（doublestrandbreak,OSB）,促进依赖于细胞内源“同源重组”及“非同源末端连接”的DNA修复事件的定向发生,实现基因组定向遗传修饰效率的大幅提升。迄今为止,在基因组定向遗传修饰研究及应用领域,已经有多种不同类型的序列特异性核酸酶被有效使用,在多种生物中实现了不同类型的基因组定向遗传修饰。该文首先综述了SSN的结构特征及技术原理,然后对SSN技术在植物基因组定向遗传修饰中的研究进展和应用前景进行了重点介绍。     

噬菌体重组酶介导的DNA同源重组工程

来源于噬菌体的遗传操作工具在基因工程中具有非常重要的地位,例如位点特异性重组酶、柯斯质粒DNA文库及同源重组酶等。其中,来源于Lambda噬菌体的同源重组酶Redα/Redβ和来源于Rac原噬菌体的同源重组酶RecE/RecT能够高效地介导35–50bp短同源臂之间的重组。基于噬菌体同源重组酶Redα/Redβ和RecE/RecT开发的DNA同源重组工程(Recombineering)能够对靶标DNA分子进行快速、精准、高效的修饰,不受限制性内切酶识别位点和DNA分子大小限制,已发展成为一种新型的基因工程技术。本文主要综述了噬菌体同源重组酶及其作用机制、在大肠杆菌及其他细菌中的应用和开发,以及在微生物次级代谢产物的挖掘、动植物转基因、病毒基因组克隆和修饰等方面的应用。原位激活沉默基因簇需要宿主特异性的DNA同源重组工程进行启动子和调控元件的修饰;异源表达次级代谢产物的首要步骤一般是通过RecET直接克隆大的DNA片段;动植物转基因复杂载体的构建效率在有了Red同源重组系统以后有了革命性的发展;RecET直接克隆和Red同源重组介导的感染性克隆构建和修饰方法,不仅有利于病毒基因组功能研究...     

Red同源重组在大肠杆菌基因组修饰中的应用

Red同源重组技术发展迅速,已广泛应用于大肠杆菌基因组修饰,在点突变、基因敲除、序列整合等方面发挥着重要作用。简要综述了Red同源重组的重组机制和操作策略等研究进展,并介绍了Red同源重组在大肠杆菌基因组减小及多基因代谢途径优化方面的应用情况。     

基因组编辑技术在植物中的研究进展与应用前景

外源DNA导入细胞并与基因组靶基因发生同源重组可以精确修饰或替换靶基因,但在植物中产生自发同源重组的概率很低.近几年出现的人工改造核酸酶可以大幅提高同源重组的效率,实现基因组的精确、定向改造.其中,归巢核酸酶、锌指核酸酶和TALE核酸酶已在植物基因工程中得到成功应用,最近开发出来的基于CRISPR/Cas系统的基因组编辑技术则更具有高效方便等特点.这些人工核酸酶的应用为植物基因工程的发展呈现了更加美好的前景.首先介绍了基因组编辑技术及其发展历程,随后详细阐述了提高植物基因组定点编辑效率的策略,最后对基因组编辑技术在农业和植物基因工程上的应用进行了展望.     

Red/ET同源重组技术及其在微生物基因组挖掘中的应用进展

Red/ET同源重组技术(Red/ET recombineering)是由来源于大肠杆菌λ噬菌体的蛋白对Redα/Redβ或来源于Rac原噬菌体的蛋白对Rec E/Rec T所介导的基于短同源臂(40–50 bp)的同源重组技术,能对宿主DNA序列进行快速、高效、精确的修饰和操作。本文主要综述了2010年以来Red/ET同源重组技术在大肠杆菌及其他细菌中的研究进展,同时简要介绍了该技术在微生物基因组挖掘,尤其是在微生物基因簇的异源表达领域的应用进展。     

通过同源重组改变基因组

染色体DNA与新导入的克隆DNA序列之间的同源重组(基因的定向导入)可以将经过任何修饰的克隆基因转移到活细胞的基因组中。本文讨论基因定向导入的现状,着重在通过生殖系修饰小鼠的基因组,并介绍几种用来鉴测极少数已有定向导入出现的胚胎干细胞的方法。     

植物中转基因的整合机制

转基因在植物基因组中的整合分两步:在整合前阶段,转化的完整质粒及转基因片段经重组连接形成转基因串联子(transgenearray),其中不含任何植物基因组序列,连接反应由植物细胞本身的酶催化,仅依赖于游离的DNA末端,CaMV35S启动子和TDNA边界序列中的特定序列可能充当重组热点;在整合阶段,转基因DNA通过微同源介导的异常重组整合到植物基因组中,最初的整合位点作为整合热点,引导随后的转基因分子在该位点附近整合,不同转基因位点可被1～10kb植物DNA隔开,形成转基因簇(transgenecluster)。     

一种以PCR产物直接构建同源重组杆状病毒的方法

发展了一种在不构建载体的前提下, 以PCR产物直接构建同源重组杆状病毒的方法. 这种方法建立在λ噬菌体Red重组系统能介导36 bp以上的同源片段产生同源重组的基础之上. 以棉铃虫单粒包埋型核多角体病毒(HaSNPV)为例, 详细地介绍了以氯霉素抗性基因(CmR)置换HaSNPV基因组中orf135的快速重组过程. 人工合成一对长60 bp左右的引物, 其中40 bp与HaSNPV orf135的头部和尾部序列同源, 另20 bp分别为氯霉素抗性基因的尾部和头部序列. 以含有CmR的质粒pKD3为模板, 利用这对引物PCR合成两侧各有40 bp orf135同源臂的CmR基因, 将此线性片段转化含有HaSNPV人工染色体(Bacmid)且能表达λ噬菌体Red重组酶的菌株中, 获得了缺失orf135并对氯霉素具有抗性的重组转化子. 由于整个过程无需构建载体, 重组过程在大肠杆菌中完成, 使得构建同源重组杆状病毒的过程大大缩短. 这种方法将广泛适用于其他具有较大基因组的病毒的基因置换和基因缺失.     

黑曲霉pepB基因缺失菌株的构建及其功能分析

以黑曲霉(Aspergillus niger)GICC2773基因组DNA为模板,用PCR方法分别扩增pepB基因中的上游约1．4kb和下游约1．3kb两段DNA序列,将此两段序列按同一方向分别插入质粒pMW1中潮霉素抗性基因(hph)表达单元的5′和3′端,构建成重组质粒pMW1-pepB,用于通过同源重组靶向破坏基因组中的pepB基因。同源重组则采用原生质体-PEG方法,将酶切pMW1-pepB得到的线性片段转化A．niger GICC2773菌株,通过潮霉素选择平板得到62个Hgy抗性转化子,然后采用PCR方法从这些抗性转化子中筛选到1个由于同源重组产生的pepB基因缺失突变菌株pepB29。功能分析显示该突变株的酸性蛋白酶活性有明显下降,外源蛋白漆酶的分泌表达有所提高。     

棉属四倍体AD1与二倍体A2、D5基因组的同源SSR分析

SSRs(Simple sequence repeats)是一类广泛存在于动植物基因组的DNA短串联重复序列,是重要的基因组分子标记。比较不同基因组同源SSR的差异,有利于了解相近物种间的进化过程。文章使用雷蒙德氏棉基因组(D₅)、亚洲棉基因组(A₂)全基因组序列和陆地棉(AD₁)的限制性酶切基因组测序数据,进行全基因组SSR扫描,比较了A组和D组的SSR分布情况,通过识别3个基因组之间的同源SSR,比较它们之间同源SSR重复序列的差异。结果发现,A组和D组同源SSR的分布规律非常相似,但A组与AD组的同源SSR保守性比D组与AD组同源SSR的保守性强。与AD组同源SSR相比,A组中重复序列长度增长的SSR数量约为长度缩短的SSR数量的5倍,在D组中这一比值约为3倍。可以推测,四倍体AD组在与A组、D组的平行进化过程中,由于基因组融合,导致SSR的重复序列长度变化速率与二倍体A、D组有差异,同时这种差异可能导致了AD组SSR重复序列长度在进化过程中与二倍体相比有变短的趋势。文章首次对3个棉花基因组的同源SSR进行了系统地比较,发现了同源SSR在棉属四倍体基因组和二倍体基因组中的显著差异,为进一步揭示棉属基因组的进化规律提供了基础。     

土壤杆菌Ti质粒遗传工程的一项新技术

本文叙述了一种新技术,可以容易地把外源遗传成分引入根癌土壤杆菌DNA的特定区段。所用的质粒(1)可以进入根癌土壤杆菌但不能在其中保持,(2)它和受体菌基因组有一段同源区,(3)有适当的标记。选择标记就可以选到外来质粒与寄主基因组发生重组的转移接合子。     

大麦转基因座位结构的研究

利用质粒营救法获得基因枪法转化的4种转绿色荧光蛋白基因(green fluorescent protein,GFP)大麦的转基因座位序列,序列分析显示4种材料的转基因座位中均有完整栽体的串联重复现象,表明转基因整合是同源重组的结果.同时转基因座位中也存在不完整载体片段、基因组片段的混杂排列,说明转基因整合时也发生异常重组.微粒轰击的转基因整合是由异常重组和同源重组共同完成的.     

基因组编辑技术中供体DNA类型及选择北大核心CSCD

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。     

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。     

人造染色体与“重组染色体技术”

今年本刊第一期(中国细胞生物学学报2011;33(1):95-9.)我介绍了美国科学家克雷格·文特尔实验室人工合成支原体基因组,创造了人造生命体。这个基因组长度为1.08 Mb,用化学方法合成了该基因组所有的DNA片段,然后借助酵母同源重组技术将这些片段组装成完整的支原体基因组(环形     

DNA双链断裂损伤修复系统研究进展

多种内源或外源因素都能造成细胞基因组DNA损伤,细胞内建立了复杂的修复系统来应对不同形式的损伤。其中DNA双链断裂(DNA double-strand breaks,DSBs)作为最严重的损伤形式,主要激活同源重组修复(Homologous recombination repair)和非同源末端连接(Non-homologous end joining)通路。这两条通路都是由多个修复元件参与、经过多步反应的复杂过程。两者各具特点、协同作用,共同维护细胞基因组的稳定性。对其分子机制的阐明为肿瘤放化疗的辅助治疗提供了潜在的作用靶点。     

基于CRISPR-Cas9系统的HSV-1基因治疗载体的快速构建北大核心CSCD

基因改造的1型单纯疱疹病毒(HSV-1)载体在肿瘤溶瘤病毒治疗及基因转导中具有广泛的应用前景。本研究报道一种基于CRISPR-Cas9系统的高效快速的重组HSV-1载体构建方法。首先,双顺反表达靶点g DNA和Cas9核酸酶的基因编辑质粒与同源重组模板质粒共转染Vero细胞后,用亲本株感染细胞;然后,Cas9对胞内病毒基因组定点切割,诱导外源基因同源重组,修复至病毒基因组指定位点。通过PCR、Western印迹、免疫荧光等方法证明,相比于传统自发同源重组的构建方法,该方法能显著提升病毒重组率(4.1%vs 1.1%)。同时,本研究建立了一种新的单克隆病毒纯化方案,简化了阳性病毒筛选步骤。本研究结果提供了一种高效快速的重组HSV-1构建方法,这对于HSV-1相关基因治疗及其病理机制研究将具有重要意义。