叶绿体遗传转化的研究进展

核转化技术是基因工程的主要方法,但其多方面的不安全性使人们把焦点转向了植物基因工程另一目标：叶绿体遗传转化。本文介绍了叶绿体基因及基因组;叶绿体遗传转化的原理和方法：叶绿体转化的优点。重点介绍了关于叶绿体遗传转化国内外研究新进展。     

植物基因工程新途径：叶绿体转化

在植物基因工程研究中,叶绿体是继核转化之后又一新的遗传转化和表达受体,叶绿体转化体系具有可同时进行多基因转化,表达原核性,超量表达,后代遗传稳定,定点整合,不会产生基因沉默及母性遗传和安全性好等特点,本文着重介绍叶绿体转化体系的特点,国内外研究动态,存在的问题及未来发展方向。     

植物细胞器离体翻译技术与胞质雄性不育性

不能产生正常花药、花粉或雄配子的植物称之为雄性不育植物。根据其遗传特点可将其分为细胞核雄性不育 (ｇｅｎｉｃｍａｌｅｓｔｅｒｉｌｉｔｙＧＭＳ)和细胞质雄性不育 (ｃｙｔｏｐｌａｓｍｉｃｍａｌｅｓｔｅｒｉｌｉｔｙＣＭＳ)。ＣＭＳ植物在自然界中广泛存在。植物ＣＭＳ在杂种优势利用方面具有极其重要意义 ,迄今胞质雄性不育机理尚未完全搞清。植物一般有三套遗传信息共同指导它的生命活动 ,即核ＤＮＡ(ｎＤＮＡ)以及线粒体ＤＮＡ(ｍｔＤＮＡ)和叶绿体ＤＮＡ(ｃｐＤＮＡ)。ＣＭＳ的研究很自然地集中于线粒体与叶绿体。根据比较限制性…     

植物细胞核基因和细胞质基因

植物细胞不同于动物细胞,前者有三大遗传系统,即细胞核、叶绿体和线粒体遗传系统,后者只有细胞核和线粒体遗传系统。所谓细胞质基因,即为叶绿体和线粒体基因。在这三个遗传系统中,各有自己的DNA复制、转录和转译自主性,但叶绿体、线粒体遗传系统又受到核遗传系统的部分控制,所以它们的自主性又不是完全的。当前植物分子遗传学的研究,不仅是分析三个遗传系统基因组的结构和基因表达,而且要研究之间的相互作用和基因的协同表达及其调控机制,才能对生产实践中提出的问题提供理论依据和解决途径。     

灵长类动物基因编辑技术研究进展

灵长类动物因与人类在遗传、生理和神经功能上的高度相似性而使其在生物医学研究领域中占有非常重要的地位。构建人类疾病的灵长类动物模型,是研究疾病发病机理和探索潜在治疗手段的重要途径,而通过基因编辑的方法获得灵长类动物模型是研究一些遗传性疾病最可靠的方法。灵长类动物基因编辑技术先后经历了传统的转基因和精准基因打靶两个时代。对近年来灵长类动物基因编辑研究进行综述,重点介绍最新的利用核酸酶技术进行精准基因编辑的研究进展。     

La^3＋对墨兰根根状茎某些细胞器发育的影响

以１／２ＭＳ＋ＢＡ１ｍｇ;＾－１）＋ＮＡＡ（１ｍｇＬ＾－１）＋Ｌａ＾３＋（１０ｍｇＬ＾－１）培养墨兰根状茎３０ｄ后,取样观察根状茎细胞叶绿体,线粒体和细胞核的发育特点并与对照进行了比较。     

高等植物的叶绿体转化系统及研究进展

在高等植物的细胞中 ,细胞核、叶绿体和线粒体都含有ＤＮＡ ,它们构成了既相对独立又相互联系的遗传系统。以细胞核为外源基因受体的植物基因工程已被广泛地应用于重要农作物的改良。但核基因转化仍存在一系列难以解决的问题 ,如细胞核基因组大、背景复杂 ;外源基因的表达效率低 ,后代不稳定 ;环境安全难以保证等。为克服核基因转化存在的不足 ,1 988年 ,Ｂｏｙｎｔｏｎ等[1] 以衣藻为材料用基因枪进行外源基因对叶绿体的转化 ,首次证实了叶绿体转化的可行性。这项工作使人们意识到植物的叶绿体不仅是光合作用的重要场所 ,也可以作为植物基…     

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。     

质体基因工程中选择标记基因研究进展

与细胞核基因工程相比,质体基因工程能更安全、精确和高效地对外源基因进行表达,作为下一代转基因技术已广泛用于基础研究和生物技术应用领域。与细胞核基因工程一样,质体基因工程中也需要合适的选择标记基因用于转化子的筛选和同质化,但基于质体基因组的多拷贝性和母系遗传特点,转化子的同质化需要一个长期的筛选过程,这就决定了质体基因工程中选择标记基因的选择标准将不同于细胞核基因工程中广泛使用的现行标准。目前,质体基因工程的遗传转化操作中使用较多的是抗生素选择标记基因,出于安全性考虑,需要找到可替换、安全的选择标记基因或有效的标记基因删除方法。本文在对质体基因工程研究的相关文献分析基础之上,对主要使用的选择标记基因及其删除体系进行了综述,并对比了其优缺点,同时探讨了质体基因工程中所使用的报告基因,以期为现有选择标记基因及其删除体系的改进和开发提供一定参考,进一步推动质体基因工程,尤其是单子叶植物质体基因工程的发展。     

基因加倍对棉花线粒体atpA基因RNA编辑率的影响

植物线粒体基因组中存在RNA编辑（C-U）现象,且有完全编辑和部分编辑之分。棉花细胞质雄性不育（cytoplasmic male sterile,CMS）系和保持系线粒体基因组中atpA基因各有两个拷贝,存在基因加倍现象,但atpA基因加倍对其RNA编辑率的影响尚不清楚。通过Southern blot、染色体步移技术确定出该基因每个拷贝具体的DNA序列,发现一个拷贝是完整的,一个拷贝是截短的。用RT-PCR、环化RT-PCR方法扩增出每个拷贝相应的cDNA,结果表明：棉花CMS系和保持系atpA基因完整拷贝和截短型拷贝都转录。完整拷贝、截短型拷贝中分别存在6、4个RNA编辑位点。完整拷贝6个RNA编辑位点在保持系中的编辑率都是100%;在CMS系中编辑率分别是100%、85%、100%、92%、100%、100%。截短型拷贝4个位点在保持系中的编辑率分别是55%、37%、55%、27%;在CMS系中编辑率分别是100%、90%、100%、100%。据此推测截短型拷贝在保持系中承受选择压较小,很可能已失去功能;而在CMS系中仍承受较大选择压,很可能具有新的功能。     

谷氨酸棒杆菌基因编辑的研究进展

谷氨酸棒杆菌是生产氨基酸、有机酸等的重要菌株,广泛应用于食品、医药领域。利用基因编辑技术对谷氨酸棒杆菌进行基因功能研究,在提高目的产物产量、发现新的基因功能等方面有重要意义。近年来,基因编辑技术发展日新月异,从基于同源重组的传统基因编辑技术到以人工核酸酶介导的基因编辑均在谷氨酸棒杆菌中得到合理应用。其中,CRISPR技术以其快速、简便、编辑效率高等优点成为现阶段研究者用于改造谷氨酸棒杆菌的主要技术,但是更为简单、高效的编辑手段依旧需要进一步研究开发,以获得优良菌株应用于工业生产中。     

Cas9/sgRNA递送技术及其研究进展

在与CRISPR/Cas9基因编辑技术相关的临床应用中,Cas9/sgRNA的递送是决定基因编辑治疗效果的关键技术之一。无需转录和翻译过程的Cas9蛋白/sgRNA复合物直接递送形式可能能够提供更高的特异性和安全性。文中通过对Cas9/sgRNA递送技术的研究现状及其在基因相关疾病治疗中的进展进行简要综述,为新型药物载体的设计和基因治疗的临床应用提供新思路。     

艰难梭菌基因编辑技术研究进展

艰难梭菌Clostridioesdifficile是一种革兰氏阳性、产芽孢、专性厌氧细菌,是医院相关性腹泻的主要病原体。近年来,随着强毒株的出现(如核糖体027型),其流行性与致死率逐年上升,因此对艰难梭菌生理、生化特征及致病机制的研究受到广泛重视。艰难梭菌生理、生化特征及致病机制研究又以建立其稳定、高效的基因编辑方法为必要前提。借助基因编辑工具,研究者可以扰动艰难梭菌核心生物学过程,在分子水平研究其分子致病机制。如Clos Tron技术在艰难梭菌毒素A (Toxin A)和毒素B (Toxin B)与其致病力关系的研究中起到了关键作用。文中以时间为主线综述了艰难梭菌基因编辑技术的发展历程和最新进展,并对艰难梭菌基因编辑技术未来的研究方向进行展望。     

Efficient genome editing and gene knockout in Setaria viridis with CRISPR/Cas9 directed gene editing by the non-homologous end-joining pathway

The CRISPR/Cas9 system has been used for genome editing in several organisms, including higher plants. This system induces site-specific mutations in the genome based on the nucleotide sequence of engineered guide RNAs. The complex genomes of C4 grasses makes genome editing a challenge in key grass crops like maize (Zea mays), sorghum (Sorghum bicolor), Brachiaria spp., switchgrass (Panicum virgatum), and sugarcane (Saccharum spp.). Setaria viridis is a diploid C4 grass widely used as a model for these C4 crop plants. Here, an optimized CRISPR/Cas9 binary vector that exploits the non-homologous end joining (NHEJ) system was used to knockout a green fluorescent protein (gfp) transgene in S. viridis accession A10.1. Transformation of embryogenic callus by A. tumefaciens generated ten glufosinate-ammonium resistant transgenic events. In the T0 generation, 60% of the events were biallelic mutants in the gfp transgene with no detectable accumulation of GFP protein and without insertions or deletions in predicted off-target sites. The gfp mutations generated by CRISPR/Cas9 were stable and displayed Mendelian segregation in the T1 generation. Altogether, the system described here is a highly efficient genome editing system for S. viridis, an important model plant for functional genomics studies in C4 grasses. Also, this system is a potential tool for improvement of agronomic traits in C4 crop plants with complex genomes.     

Efficient CRISPR/Cas9-mediated genome editing in sheepgrass (Leymus chinensis)

The lack of genome editing platforms has hampered efforts to study and improve forage crops that can be grown on lands not suited to other crops. Here, we established efficient Agrobacterium-mediated clustered regularly interspaced palindromic repeats (CRISPR)/CRISPR-associated nuclease 9 (Cas9) genome editing in a perennial, stress-tolerant forage grass, sheepgrass (Leymus chinensis). By screening for active single-guide RNAs (sgRNAs), accessions that regenerate well, suitable Agrobacterium strains, and optimal culture media, and co-expressing the morphogenic factor TaWOX5, we achieved 11% transformation and 5.83% editing efficiency in sheepgrass. Knocking out Teosinte Branched1 (TB1) significantly increased tiller number and biomass. This study opens avenues for studying gene function and breeding in sheepgrass.     

高等植物叶绿体RNA编辑研究进展

RNA编辑普遍存在于陆生植物中,在高等植物叶绿体中以C→U的替换为主,可能是叶绿体产生功能蛋白的重要方式。近年来,使用体外分析、叶绿体转化和紫外交联等技术,使叶绿体RNA编辑机制的研究取得较大进展。本文对这些新的进展进行了概述,并对高等植物叶绿体RNA编辑研究中有待解决的问题进行了展望。     

The complete chloroplast and mitochondrial DNA sequence of Ostreococcus tauri: organelle genomes of the smallest eukaryote are examples of compaction

The complete nucleotide sequence of the mt (mitochondrial) and cp (chloroplast) genomes of the unicellular green alga Ostreococcus tauri has been determined. The mt genome assembles as a circle of 44,237 bp and contains 65 genes. With an overall average length of only 42 bp for the intergenic regions, this is the most gene-dense mt genome of all Chlorophyta. Furthermore, it is characterized by a unique segmental duplication, encompassing 22 genes and covering 44% of the genome. Such a duplication has not been observed before in green algae, although it is also present in the mt genomes of higher plants. The quadripartite cp genome forms a circle of 71,666 bp, containing 86 genes divided over a larger and a smaller single-copy region, separated by 2 inverted repeat sequences. Based on genome size and number of genes, the Ostreococcus cp genome is the smallest known among the green algae. Phylogenetic analyses based on a concatenated alignment of cp, mt, and nuclear genes confirm the position of O. tauri within the Prasinophyceae, an early branch of the Chlorophyta.     

Targeted A-to-G base editing in human mitochondrial DNA with programmable deaminases

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