CRISPR/Cas9介导的基因组编辑技术

规律成簇间隔短回文重复序列(CRISPR)协同其相关蛋白Cas组成了细菌和古细菌的获得性免疫系统。利用该系统可以对外来某一特定单链或双链DNA实施高度特异性沉默或降解的特性,近年来对基因组进行精确定点编辑的CRISPR/Cas系统迅速发展。着重介绍了CRISPR/Cas系统的研究历史、结构、分类及作用机制,并分析讨论了现阶段以Cas9为核心的Ⅱ型系统在应用方面存在的问题及前景。     

CRISPR/Cas9高效敲除突触结合蛋白Ⅰ的电生理学研究

研究一种蛋白质在神经元中的功能,最有效的方法之一是在该基因敲除动物的神经元中确认其表型.传统的用胚胎干细胞建立基因敲除动物模型的方法虽然稳定,但是复杂、耗时.近几年来,一种新型基因组编辑技术——CRISPR/Cas9,能够在不分裂的神经元中高效特异地敲除目的基因.本文研究了用CRISPR/Cas9系统敲除突触结合蛋白Ⅰ(synaptotagminⅠ,Syt1)基因后的小鼠海马培养神经元的电生理学特性.我们设计并构建了Syt1单导向RNA(Syt1 sgRNA)的慢病毒载体质粒,并用编码Cas9和Syt1 sgRNA的慢病毒感染培养的小鼠海马神经元,急性敲除神经元中Syt1基因(Syt1 sgRNA组),并用不靶向任何基因的Scramble sgRNA感染神经元作为阴性对照(Scramble组).通过全细胞膜片钳的方法检测单动作电位诱发的兴奋性突触后电流(single AP-eEPSC)、微小兴奋性突触后电流(mEPSCs)、高糖反应测量的即刻可释放囊泡池(RRP)以及10 Hz串刺激测量的囊泡释放概率(P_r).结果显示,Syt1 sgRNA组神经元丧失了Syt1的功能,并且与Syt1敲除(Syt1 KO)小鼠神经元的突触传递表型相似,而Scramble组神经元的各参数和野生型(WT)小鼠神经元相比没有显著性差异.本文为CRISPR/Cas9技术应用于神经元中基因的急性修饰提供了依据.     

CRISPR/Cas9基因编辑技术在丝状真菌中的应用

随着对丝状真菌基因水平研究的不断深入,CRISPR/Cas9技术作为先进的基因编辑技术,已被广泛应用于丝状真菌的基因编辑。探究了CRISPR/Cas9系统在不同丝状真菌中的应用情况,主要从sgRNA的构建与表达、Cas9蛋白的改造与表达、不同的DNA双链断裂修复（DNA double-strand break,DSB）方式等方面进行概述,并对编辑效率、脱靶效应进行总结,旨在为今后丝状真菌中CRISPR/Cas9系统的构建及改良提供思路。     

CRISPR/Cas9基因组编辑技术的研究进展及其应用

随着测序技术的不断进步,获得了越来越多物种的全基因组序列。面对这些海量的基因组数据,基因定点编辑技术是高效捕获目标基因、迅速获得基因功能和应用信息的重要研究手段。CRISPR/Cas9是目前最有效的一种基因定点编辑技术。CRISPR/Cas9系统(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated)是广泛存在于细菌及古生菌中的,由细菌体长期进化而形成,能够降解入侵病毒或噬菌体DNA的适应性免疫系统。因此,对CRISPR/Cas9系统的发展、应用,以其在相关研究中的应用前景进行阐述显得尤为必要。     

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基因组编辑技术在番茄中的应用现状及展望北大核心CSCD

CRISPR/Cas9技术是一种能够快速对基因组靶位点进行特定DNA修饰的编辑工具。该文对近年来国内外有关CRISPR/Cas9技术在改善番茄农艺性状及提高生物、非生物胁迫抗性方面的研究进展进行综述,并集中讨论了CRISPR/Cas9面临的一些问题,为该基因编辑技术在番茄的种质创新及基因功能研究方面的应用提供参考。     

利用CRISPR/Cas9技术构建基因编辑大鼠模型

RNA介导的CRISPR/Cas9基因编辑系统由单链引导RNA(sgRNA)与核酸酶Cas9构成。在细胞内,sgRNA能够按照碱基互补配对的原则引导Cas9与靶点结合,由Cas9切割目标DNA,造成双链DNA断裂(double stranded break, DSB)。在随后的DNA修复过程中,细胞主要进行非同源末端连接(non-homologous end joining,NHEJ)或在有修复模板存在的情况下进行重组修复(homology directed repair, HDR)。如果将CRISPR/Cas9系统以及修复模板通过显微注射的方式导入大鼠的胚胎内,就能借助细胞的修复机制实现大鼠胚胎的基因编辑,由此构建各种基因修饰大鼠模型。本文详细介绍了利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建大鼠模型的具体操作步骤,以期为相关领域的科研人员提供一种大鼠基因修饰模型的构建方法。     

CRISPR/Cas9技术在小麦育种中的应用进展

小麦（Triticum aestivum L.）是世界上主要的农作物之一,在粮食安全供应中发挥重要作用。在过去的几十年,由于小麦基因组复杂和遗传转化困难,导致小麦的基础和应用研究落后于其他谷类作物。2014年小麦基因组编辑取得了显著进展,进而促进了小麦生物技术的发展。综述了CRISPR/Cas9技术在小麦育种中的研究进展,简单介绍了CRISPR/Cas9基因编辑技术的发现、原理和优缺点,指出小麦基因编辑过程中农杆菌介导的遗传转化较粒子轰击法可降低转基因沉默频率,未来将成为基因编辑过程中主流的遗传转化方式;优化sgRNA的启动子、选择同源保守序列做为靶点可以提高基因编辑效率;新开发的碱基编辑器和prime editor需引入更多突变类型。展望了进一步提高小麦基因编辑效率和安全性的可行性,以期为未来小麦育种工作提供参考。     

一种基于定量PCR的CRISPR/Cas9基因编辑作物快速检测方法的研究

基因编辑技术自诞生以来,在作物育种、基因功能分析中得到了广泛的应用,其中CRISPR/Cas9系统是目前使用最多的基因编辑技术。基于荧光定量PCR技术,针对编辑位点设计特异性探针,结合基因组快速提取方法和成熟的水稻内参基因PLD引物,对自行研发的CRISPR/Cas9系统编辑水稻的Os11N3基因进行检测,并通过合成质粒模拟不同突变情况对该方法的特异性进行了验证。研究所建立的体系可在节约时间和成本的同时获取满足qPCR检测所需的基因组,能够区分1 bp基因编辑突变体与野生型,具有良好的特异性和灵敏度。检测方法可为作物育种筛选节省时间和成本,为基因编辑产品检测监管提供技术支持。     

CRISPR/Cas9在EB病毒感染免疫中的研究进展

爱泼斯坦巴尔病毒(Epstein-Barr virus,EBV)人群感染率高,不同地区、不同年龄人群感染后引发疾病类型各异,除少数急性感染者可自愈外,大部分慢性和潜伏感染者迁延不愈,而且具有潜在的致癌风险;目前机体感染EBV后的免疫机制仍不明确,临床上缺乏有效的治疗药物和根治措施,总体预后较差。作为第三代基因编辑工具,成簇的规律间隔短回文重复序列及相关核酸酶9 (clustered regular interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated nuclease 9,CRISPR/Cas9)技术可在向导RNA引导下,对目的基因组序列进行靶向编辑。因其操作简便、经济高效,目前已广泛应用于农作物品种改良、动物疾病模型构建以及人类疾病精准诊治等领域。本文介绍了CRISPR/Cas9技术应用于EBV感染免疫研究的最新进展,包括EBV致病基因亚型和宿主依赖基因筛选,关键致病机制探索以及基因靶向编辑治疗EBV相关疾病等,为阐明EBV相关疾病的发病机制和探索新型抗病毒治疗策略提供理论依据。     

Increasing the efficiency of CRISPR‐Cas9‐VQR precise genome editing in rice

Clustered regularly interspaced short palindromic repeats‐associated protein 9 (CRISPR‐Cas9) is a revolutionary technology that enables efficient genomic modification in many organisms. Currently, the wide use of Streptococcus pyogenes Cas9 (SpCas9) primarily recognizes sites harbouring a canonical NGG protospacer adjacent motif (PAM). The newly developed VQR (D1135V/R1335Q/T1337R) variant of Cas9 has been shown to cleave sites containing NGA PAM in rice, which greatly expanded the range of genome editing. However, the low editing efficiency of the VQR variant remains, which limits its wide application in genome editing. In this study, by modifying the single guide RNA (sgRNA) structure and strong endogenous promoters, we significantly increased the editing efficiency of the VQR variant. The modified CRISPR‐Cas9‐VQR system provides a robust toolbox for multiplex genome editing at sites containing noncanonical NGA PAM.     

The CRISPR/Cas9 system produces specific and homozygous targeted gene editing in rice in one generation

The CRISPR/Cas9 system has been demonstrated to efficiently induce targeted gene editing in a variety of organisms including plants. Recent work showed that CRISPR/Cas9‐induced gene mutations in Arabidopsis were mostly somatic mutations in the early generation, although some mutations could be stably inherited in later generations. However, it remains unclear whether this system will work similarly in crops such as rice. In this study, we tested in two rice subspecies 11 target genes for their amenability to CRISPR/Cas9‐induced editing and determined the patterns, specificity and heritability of the gene modifications. Analysis of the genotypes and frequency of edited genes in the first generation of transformed plants (T0) showed that the CRISPR/Cas9 system was highly efficient in rice, with target genes edited in nearly half of the transformed embryogenic cells before their first cell division. Homozygotes of edited target genes were readily found in T0 plants. The gene mutations were passed to the next generation (T1) following classic Mendelian law, without any detectable new mutation or reversion. Even with extensive searches including whole genome resequencing, we could not find any evidence of large‐scale off‐targeting in rice for any of the many targets tested in this study. By specifically sequencing the putative off‐target sites of a large number of T0 plants, low‐frequency mutations were found in only one off‐target site where the sequence had 1‐bp difference from the intended target. Overall, the data in this study point to the CRISPR/Cas9 system being a powerful tool in crop genome engineering.     

CRISPR/Cas9系统纳米递送及其在肿瘤治疗中应用

新兴的CRISPR/Cas9基因编辑技术可实现在分子水平上对基因进行操作,具有设计简单、易于操作、特异性好、效率高等优点,广泛应用于肿瘤发生、发展和转移的潜在机制以及临床治疗的研究.利用纳米技术研发的非病毒纳米载体可以将CRISPR/Cas9系统高效递送到体内,为CRISPR/Cas9技术在临床领域的应用提供新途径.本文介绍CRISPR/Cas9的作用原理,简要概括目前CRISPR/Cas9系统的递送形式和常用的纳米递送载体,总结在部分肿瘤治疗中应用该技术的研究进展,并进一步对此进行展望.     

CRISPR/Cas9基因组定点编辑中脱靶现象的研究进展

近年来, CRISPR定点编辑技术发展迅猛, 在动物、植物和微生物中均得到广泛应用。其中, 备受关注的脱靶现象也是研究的热点, 迄今已取得了重要进展。该文介绍了脱靶现象的产生原理及体内和体外检测脱靶现象的方法, 评价了通过改进sgRNA设计和优化CRISPR系统等来降低脱靶率的方法。在植物基因组定点编辑过程中, 应适时检测脱靶现象, 提高脱靶检测的精确度和准确度。     

CRISPR/Cas9-mediated genome editing assists protein dynamics studies in live cells

Spatial and temporal regulation of molecular reactions dictates cell fate. Thus, studying molecular dynamics is essential to understand how cells decide what to do and the fundamental perturbations causing disease. Classically, molecular dynamics has been studied by protocols based in the overexpression of fluorescent fusion proteins. However, overexpression is associated to altered stoichiometry, molecular dynamics and subcellular distribution. We here discuss the necessity to study molecular dynamics of fluorescent fusion proteins expressed under physiological mechanisms in the cell, pointing to CRISPR/Cas9-mediated genome editing as the ideal means to do so. Current genome editing protocols enable us to study molecular dynamics while avoiding drawbacks associated to overexpression.