基于CRISPR/CasX介导的水稻基因组编辑技术的建立

Cas蛋白作为核酸酶发挥其切割活性需要识别特定的PAM序列,如SpCas9识别NGG PAM位点,LbCas12a识别TTTV PAM。已挖掘到新的能够识别TTCN PAM序列的蛋白—CasX蛋白,扩展了基因组编辑技术的编辑范围。本研究利用CasX的两个衍生型蛋白PlmCasX和DpbCasX,建立基于CRISPR/CasX介导的水稻基因编辑系统。通过PEG介导的水稻原生质体瞬时表达分析其编辑活性发现,PlmCasX和DpbCasX两个蛋白能够对水稻内源基因OsCPK16实现有效编辑。后通过水稻稳定遗传转化进一步验证,在TTCA PAM识别位点,DpbCasX蛋白对水稻内源基因OsCPK21的编辑效率为17.5%,PlmCasX蛋白对水稻内源基因OsCPK21的编辑效率为66.07%;在TTCG PAM识别位点,PlmCasX蛋白对OsCPK4的编辑效率为23.21%,而DpbCasX蛋白不能实现有效的基因编辑。并且基于MIDAS方法对PlmCasX蛋白的优化并不能提高其编辑活性。本研究证明了CRISPR/CasX系统在水稻中具有编辑活性,且其能识别TTCR PAM这一特性,扩大了基因...     

国内外CRISPR-Cas基因编辑技术主要申请人专利布局分析

CRISPR-Cas系统作为全球应用范围最广的基因编辑工具,是全球顶尖研究机构与企业科技创新与技术布局的重点。本文基于CRISPR-Cas基因编辑领域相关专利数据,在分析全球与我国CRISPR-Cas基因编辑技术相关专利发展态势的基础上,筛选具有代表性的专利申请人进行重点研究,揭示了国内外基因编辑领域的发展态势与创新布局特点,并对进一步优化我国该领域技术布局策略提出启示与建议。     

CRISPR-Cas系统介导的基因组编辑和基因转录调控

CRISPR是一个特殊的DNA重复序列家族,其基因结构的主体是由同向重复序列(repeat)与间隔序列(spacer)构成的多段R-S结构组成,称为CRISPR基因座(CRISPR locus)。在CRISPR位点的一端存在几组编码蛋白质的基因序列,称为CRISPR相关(CRISPR-associated,Cas)基因,其编码的蛋白质称为CAS蛋白。利用CRISPR-Cas9系统对DNA分子的靶向切割特性,使其可被用于定向的基因修饰。除用于定点的基因编辑,CRISPR-Cas系统也可用于干扰目的基因的转录。     

CRISPR-Cas系统在微生物研究中的应用进展

来源于细菌防御系统的CRISPR-Cas系统因其功能强大、多样性受到广泛关注,也在动物、植物、微生物等各个领域得到了应用并迅速发展。概述了CRISPR-Cas系统的作用机理和分类,并对CRISPR-Cas系统在微生物基因编辑和病毒核酸检测方面的研究及应用进展进行了综述,以期为微生物研究工作提供参考。     

基于CRISPR/Cas系统的DNA碱基编辑研究进展

基于CRISPR/Cas的基因编辑是近年发展起来的一项变革性生物技术。其过程包括在目标DNA位点引入双链断裂(double strand break,DSB)以及其后续的细胞修复。细胞修复DSB主要有两种方式：非同源末端连接(non-homologous end joining,NHEJ)以及同源重组介导的修复(homology-directed repair,HDR)。前者是大多数细胞修复DSB的主要方式,其特点在于修复简单、效率高但极易出错,往往会引发难以预测的核苷酸插入或删除。点突变是自然界中最常见的遗传突变类型,引起了超过半数的人类遗传疾病以及许多重要农艺性状变异。碱基编辑能够实现单个碱基的替换,既不需要引入DSB,又无需修复模板参与,具有高效、编辑结果可控等优点,在基因治疗、作物育种及生物技术研究等方面具有重大的应用潜能。自首个碱基编辑工具开发以来,碱基编辑相关技术得到快速发展及广泛应用。本文综述了目前DNA碱基编辑研究进展,重点阐述了碱基编辑器及其在编辑效率、精度以及特异性提高和编辑范围扩展等方面的最新进展以及仍存在的瓶颈,并展望其研究和应用前景。     

CRISPR/Cas系统的分类及研究现状

CRISPR技术作为一种新型的基因编辑技术,被广泛应用于微生物、动物和植物领域。对CRISPR/Cas系统的起源、分类特点等进行了阐述,重点梳理了CRISPR/Cas系统分类的发展历程,并根据最新分类方法,介绍了不同类型的CRISPR/Cas系统的作用机制、内部不同蛋白的作用特点及应用与发展,以期探寻更多的CRISPR/Cas系统,扩大该系统的应用领域。     

CRISPR-Cas9基因编辑技术在病毒感染疾病治疗中的应用

CRISPR-Cas9基因编辑技术是基于细菌或古细菌CRISPR介导的获得性免疫系统衍生而来,由一段RNA通过碱基互补配对识别DNA,指导Cas9核酸酶切割识别的双链DNA,诱发同源重组或非同源末端链接,进而实现在目的DNA上进行编辑。病毒通过特异的受体侵染细胞,其基因组在细胞内发生复制、转录、翻译等过程完成其生活周期,某些DNA病毒或逆转录病毒基因组会整合到宿主基因组中。基因治疗是病毒感染疾病治疗的新趋势。因此,基因编辑技术在持续感染的病毒或潜伏感染病毒疾病治疗中具有重大的潜在意义。文章主要从CRISPR-Cas9作用机制以及在病毒感染疾病治疗中的应用等方面进行了综述。     

靶向RNA的CRISPR-Cas系统研究进展

CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)-Cas(CRISPR associated proteins)系统是细菌和古细菌抵抗噬菌体、质粒等外源遗传物质的一种适应性免疫系统,该系统利用一种特殊的RNA(CRISPR RNA,crRNA)指导的内切酶来切割与crRNA相互补的外源遗传物质,从而阻碍外源核酸的侵染。根据效应复合物组成形式的不同,CRISPR-Cas系统分为1类(Ⅰ型、Ⅳ型和Ⅲ型)和2类(Ⅱ型、Ⅴ型和Ⅵ型)两大类。目前已发现多个CRISPR-Cas系统具有非常强的特异靶向RNA编辑能力,如Ⅵ型CRISPR-Cas13系统和Ⅲ型CRISPR-Cas7-11系统。随着研究的深入,相关系统在RNA编辑领域应用日渐广泛,使其成为基因编辑的有力工具。本文介绍了靶向RNA的CRISPR-Cas系统的组成、结构、分子机制以及其潜在应用,这为更好地研究该类系统的作用机制奠定基础,也为后期开发为稳定的基因编辑工具提供新的思路。     

CRISPR-Cas系统与细菌和噬菌体的共进化

细菌在适应噬菌体攻击的过程中,进化了多种防御系统,噬菌体在细菌的选择压力下,也在不断进化反防御策略,双方的这种进化关系与发生机制一直尚不完全清楚。近年在细菌和古细菌中发现一种新的免疫防御系统,即CRISPR-Cas(clustered regularly interspaced short palindromic repeats-CRISPR-associated system)系统。在对其功能和作用机制深入研究的同时,也不断地揭示了细菌和噬菌体之间的共进化关系。为此,文章在介绍原核细胞中CRISPR-Cas系统介导的免疫机制基础上,重点综述了CRISPR系统在细菌和噬菌体进化中的作用。     

Identification of the EH CRISPR-Cas9 system on a metagenome and its application to genome engineering

Non-coding RNAs (crRNAs) produced from clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) loci and CRISPR-associated (Cas) proteins of the prokaryotic CRISPR-Cas systems form complexes that interfere with the spread of transmissible genetic elements through Cas-catalysed cleavage of foreign genetic material matching the guide crRNA sequences. The easily programmable targeting of nucleic acids enabled by these ribonucleoproteins has facilitated the implementation of CRISPR-based molecular biology tools for in vivo and in vitro modification of DNA and RNA targets. Despite the diversity of DNA-targeting Cas nucleases so far identified, native and engineered derivatives of the Streptococcus pyogenes SpCas9 are the most widely used for genome engineering, at least in part due to their catalytic robustness and the requirement of an exceptionally short motif (5′-NGG-3′ PAM) flanking the target sequence. However, the large size of the SpCas9 variants impairs the delivery of the tool to eukaryotic cells and smaller alternatives are desirable. Here, we identify in a metagenome a new CRISPR-Cas9 system associated with a smaller Cas9 protein (EHCas9) that targets DNA sequences flanked by 5′-NGG-3′ PAMs. We develop a simplified EHCas9 tool that specifically cleaves DNA targets and is functional for genome editing applications in prokaryotes and eukaryotic cells.     

Engineered miniature CRISPR-Cas system for mammalian genome regulation and editing

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CRISPR/Cas9:基因编辑的新时代

基因编辑技术是通过核酸内切酶对基因组DNA进行定向改造的技术,可以实现对特定DNA碱基的缺失、替换等,常用的四种基因编辑工具分别是:巨型核酸酶、锌指核酸酶、转录激活因子样效应物核酸酶以及CRISPR/Cas9系统.其中CRISPR/Cas9系统作为一种新型的基因组编辑技术具有组成简单、特异性好、切割效率高的优点.该文对...     

Sequential Activation of Guide RNAs to Enable Successive CRISPR-Cas9 Activities

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基于CRISPR-Cas9技术的基因治疗研究进展

CRISPR-Cas9系统是细菌在与噬菌体抗争的进化过程中产生的一种抵御外源DNA入侵的机制,能有效识别并剪切外源DNA。基于其识别切除外源DNA的原理,CRISPR-Cas9系统被开发成为新一代基因编辑工具。与ES打靶、ZFN、TALEN等技术途径相比,CRISPR-Cas9系统操作简便、效率高、成本低,有着极其广阔的应用前景。本文整理了近年内有关CRISPR-Cas9系统的最新文献报道,对该系统工作原理以及针对基因治疗的研究进展进行综述。     

The advancements,challenges, and future implications of the CRISPR/Cas9 system in swine research

Clustered regularly interspaced short palindromic repeats(CRISPR)/CRISPR-associated protein 9(CRISPR/Cas9) genome editing technology has dramatically influenced swine research by enabling the production of high-quality disease-resistant pig breeds, thus improving yields. In addition, CRISPR/Cas9 has been used extensively in pigs as one of the tools in biomedical research. In this review, we present the advancements of the CRISPR/Cas9 system in swine research, such as animal breeding, vaccine development, xenotransplantation, and disease modeling. We also highlight the current challenges and some potential applications of the CRISPR/Cas9 technologies.     

CRISPR/Cas9基因组编辑技术在癌症研究中的应用

CRISPR/cas9基因组编辑技术因其设计简单以及操作容易,使其在基因编辑的研究中越来越受到欢迎。利用该技术,科研人员可以实现在碱基的水平对基因组进行定点修饰。CRISPR系统现已经被广泛地应用到多个物种的基因组编辑以及癌症的相关研究中。本文在最新研究进展的基础上,结合对癌症研究及基因组编辑技术的理解,对CRISPR/Cas9技术在癌症研究中的应用进行了综述。     

CRISPR/Cas9-mediated genome editing: From basic research to translational medicine

The recent development of the CRISPR/Cas9 system as an efficient and accessible programmable genome-editing tool has revolutionized basic science research. CRISPR/Cas9 system-based technologies have armed researchers with new powerful tools to unveil the impact of genetics on disease development by enabling the creation of precise cellular and animal models of human diseases. The therapeutic potential of these technologies is tremendous, particularly in gene therapy, in which a patient-specific mutation is genetically corrected in order to treat human diseases that are untreatable with conventional therapies. However, the translation of CRISPR/Cas9 into the clinics will be challenging, since we still need to improve the efficiency, specificity and delivery of this technology. In this review, we focus on several in vitro, in vivo and ex vivo applications of the CRISPR/Cas9 system in human disease-focused research, explore the potential of this technology in translational medicine and discuss some of the major challenges for its future use in patients.