CRISPR⁃Cas9技术在植物次生代谢物生产中的研究进展

基因编辑（gene editing）技术可以对目的基因进行定点插入、敲除和置换。基于CRISPR-Cas9的基因编辑技术是继锌指核酸酶和转录激活样效应物核酸酶之后的第3代基因编辑技术。近年来,CRISPR-Cas9系统作为研究的热点被广泛应用于医学、药学、植物学、动物学和微生物学等领域,但其在植物次生代谢物领域的应用还处于探索时期。阐述了基于CRISPR-Cas9基因编辑技术的发展历程、工作原理和几种常用的基因编辑方法及其应用实例,总结了CRISPR-Cas9技术在对植物次生代谢产物研究方面的应用。利用CRISPR-Cas9系统可对植物基因组进行定点敲除、突变和插入,以达到提高植物次生代谢物含量、改良作物品质和提高植物抗性等目的。该技术已在植物次生代谢物生物合成关键酶基因的编辑等方面显示出越来越重要的作用。     

基于CRISPR-Cas9新型基因编辑技术研究

高效、特异的目标基因组位点修饰一直是基因工程研究的重点和挑战。靶向基因编辑技术不仅能够有效地用于建立动物和细胞疾病模型、培育动植物新品种,并具有治疗诸多疾病的重大潜力。近年来靶向核酸酶技术的研究取得了重大进展,且逐渐成为基因编辑的主流工具,特别是规律成簇间隔短回文重复序列(CRISPR-Cas9)技术因其靶向编辑目的基因的特异性、高效性和设计的简便性等诸多优点,得到更为广泛的应用。在中国科学院干细胞先导专项的支持下,基因编辑技术攻关团队在进一步改造和应用CRISPR-Cas9技术方面取得了一系列成果,就此进行全方面的总结。     

CRISPR-Cas9技术的原理及其在猪研究中的应用

成簇的规律间隔的短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)及其相关蛋白(CRISPR-associated proteins,Cas)是细菌和古生菌中抵抗外源病毒或质粒入侵的获得性免疫系统,目前已经被广泛应用于动物基因组编辑。现回顾CRISPR-Cas9系统的发展历程并比较其与锌指核酸酶(ZFNs)、类转录激活因子效应物核酸酶(TALENs)技术的优势,详细介绍了CRISPR-Cas9系统的组成成分和各组分的功能以及其编辑基因组的原理,着重梳理了CRISPR-Cas9系统在猪生产性能、抗病育种、人类模式动物构建和异种器官移植方面的最新研究进展,以期为CRISPR-Cas9系统的进一步应用提供参考。     

基因修饰技术研究进展

基因修饰技术是用于基因组定点改造的分子工具,目前主要有锌指核酸酶(ZFN)技术、转录激活子样效应物核酸酶(TALEN)技术和CRISPR-Cas核酸酶(CRISPR-Cas)技术。这些核酸酶都可以在DNA靶位点产生双链断裂(DSB),诱发细胞内源性的修复机制,激活体内非同源末端连接(NHEJ)或同源重组(HR)两种不同的修复机制,从而实现内源基因的敲除或外源基因的定点敲入。近年来,基因修饰技术已成功应用到细菌、酵母、人类细胞、果蝇、斑马鱼、小鼠、大鼠、家畜、食蟹猴、拟南芥、水稻、烟草、玉米、高粱、小麦和大麦等多种生物,显示了其强大的基因编辑优势。特别是新近出现的CRISPR-Cas9技术,降低了成本,使基因编辑变得简洁、高效和易于操作,得到了很多研究人员的关注。本文系统介绍了以上3种技术的原理及最新研究进展,并对未来的研究和应用做出了展望。     

CRISPR-Cas系统的研究进展及应用

CRISPR-Cas系统是一种靶向基因编辑工具,操作简单,逐渐取代人工锌指核酸酶(ZFN)和类转录激活因子效应物核酸酶(TALEN)而成为近年的研究热点。Cas9蛋白能在一段小的RNA引导下特异性结合并切割DNA,在基因组结构和功能学研究中发挥重要作用。后来发现的Cas13等蛋白能特异性结合和编辑RNA,开启了转录组研究的新篇章。我们对CRISPR-Cas系统近年的研究发现做了简要概述,并对该系统作为一种工具在基础研究、生物工程、疾病治疗上的应用进行了总结。     

牛的基因编辑技术研究进展

基因编辑技术是对基因组进行定点修饰的一种新兴生物技术,主要包括锌指核酸酶(ZFNs)技术、转录激活因子样效应物核酸酶(TALENs)技术以及最新的CRISPR/Cas9技术,正在动植物育种、生物制药、基因治疗等方面发挥前所未有的影响力。本文总结了基因打靶技术及各种基因编辑技术的发展简史,重点介绍了基因编辑技术在抗病、改善奶品质、提高瘦肉率和去角等牛新品种培育领域的研究进展。最后提出建立基因编辑农业动物监管体系的建议,以期加快我国基因工程动物产业化。     

靶向核酸酶介导基因编辑技术的发展

对目标基因组位点进行靶向修饰一直是基因工程研究的重点。靶向基因编辑技术能够有效地用于建立动物和细胞疾病模型、培育动植物新品种,并具有治疗遗传疾病的重大潜力。近年来靶向核酸酶技术取得了重大的进展,逐渐成为基因编辑的主流工具。综述了锌指核酸酶(ZFN)、类转录激活样效应因子核酸酶(TALEN)、规律成簇间隔短回文重复序列(CRISPR/Cas)这三大靶向基因编辑系统的原理和研究进展,并讨论了其局限性和未来的发展方向。     

CRISPR-Cas系统及anti-CRISPR蛋白在微生物中的研究进展

CRISPR-Cas (clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISP) and CRISPR associated proteins)系统是细菌用来防御病毒、质粒等外源核酸入侵的一种获得性免疫防御系统。随着研究的深入,CRISPR-Cas系统已发展为一种重要的基因编辑工具,并成功应用于动物、植物和微生物的基因改造中。但该基因编辑方法有时存在基因脱靶效应,从而限制了其推广应用。最近,通过将1种新发现的抗CRISPR蛋白(Anti-CRISPR protein,ACP)与CRISPR-Cas系统相结合,已成功开发出可控制基因脱靶效率的CRISPR-Cas基因编辑工具。本文首先对CRISPR-Cas系统及ACP进行了简要介绍,然后就CRISPR-Cas基因编辑工具及ACP在微生物基因改造的应用现状进行了综述,并对ACP介导的CRISPR-Cas基因编辑方法(ACP-CRISPR-Cas)在微生物基因编辑中的应用前景进行了讨论。     

CRISPR-Cas9与抗肿瘤免疫治疗的研究进展

CRISPR是最早发现于原核生物中的一种适应性免疫机制,具有序列特异性核酸切割活性,新近迅速发展成为一种新的基因编辑工具CRISPR-Cas9系统,并被广泛应用于包括抗肿瘤免疫在内的医学研究。其中,基于CRISPR-Cas9技术的CAR T细胞和肿瘤特异性TCR T细胞在抗肿瘤治疗研究中显示出良好的应用前景。本文综述了有关CRISPR-Cas9在基因编辑中的作用机制、递送策略及其用于抗肿瘤免疫治疗的研究进展。     

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技术在干细胞中的应用

成簇规律间隔短回文重复序列系统(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats,associated RNA guided endonuclease Cas9(CRISPR-Cas9)是细菌或古细菌在长期演化过程中形成的抵御外来遗传物质的一种获得性免疫防御机制,其中II型CRISPR-Cas系统依赖Cas9核酸内切酶靶向剪切外源DNA。Cas9内切酶在向导RNA的指导下靶向性地剪切特定基因位点,已被广泛应用在不同种属的基因编辑研究中。利用CRISPR-Cas9基因编辑系统的优势,结合现有干细胞研究技术,在小鼠、大鼠,甚至灵长类动物的功能基因组研究中,可以大幅提高各种基因修饰动物的获得效率,缩短获得的时间,从而快捷有效地研究基因功能;同时,可以建立包括灵长类疾病模型在内的多种动物疾病模型,促进生物医学的发展,造福人类。     

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。     

基因编辑技术

基因编辑是指通过核酸酶对靶基因进行定点改造,实现特定DNA的定点敲除、敲入以及突变等,最终下调或上调基因的表达,以使细胞获得新表型的一种新型技术。基因编辑技术已被广泛运用于基因结构与功能的研究和多种细胞的基因工程改造,为疾病模型的建立、动植物新品种的培育及基因治疗等的研究提供新的手段。基因编辑技术主要包括锌指核酸酶技术(ZFN)、转录激活子样效应因子技术(TALEN)和成簇的规律间隔的短回文重复序列/CRISPR相关蛋白 (CRISPR/Cas) 系统等。本文将对3种基因编辑技术的原理、运用及其最新进展进行综述,以期为相关技术及其运用的研究提供参考。     

基于CRISPR-Cas9系统的HSV-1基因治疗载体的快速构建

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。     

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。     

CRISPR/Cas9系统在疾病模型和基因治疗中的应用北大核心CSCD

基因编辑技术的出现成功地改变了实验材料的基因序列,这为研究疾病的分子机理提供了极大的便利.然而,传统的基因编辑技术由于缺乏精确定位、随机性插入引起位置效应等原因而制约了其发展.随着规律成簇间隔短回文重复CRISPR(clustered regulatory interspaced short palindromic repeat)/CRISPR相关核酸酶Cas(CRISPR-associated nuclease)系统的出现,简便高效的基因编辑技术在疾病模型的构建,损伤基因的修复和功能性基因的研究中已得到广泛应用,产生了十分重要的影响.本文就CRISPR/Cas9系统的结构特点、作用机理以及近两年来在疾病模型构建和基因治疗中的应用进行综述,以便读者了解相关领域的研究进展.     

CRISPR/Cas9系统在疾病模型和基因治疗中的应用

基因编辑技术的出现成功地改变了实验材料的基因序列,这为研究疾病的分子机理提供了极大的便利.然而,传统的基因编辑技术由于缺乏精确定位、随机性插入引起位置效应等原因而制约了其发展.随着规律成簇间隔短回文重复CRISPR(clustered regulatory interspaced short palindromic repeat)/CRISPR相关核酸酶Cas(CRISPR-associated nuclease)系统的出现,简便高效的基因编辑技术在疾病模型的构建,损伤基因的修复和功能性基因的研究中已得到广泛应用,产生了十分重要的影响.本文就CRISPR/Cas9系统的结构特点、作用机理以及近两年来在疾病模型构建和基因治疗中的应用进行综述,以便读者了解相关领域的研究进展.