基于功率谱分析的基因编码序列单碱基突变研究

针对DNA序列单碱基的不同类型突变,利用数字信号处理方法,研究了单碱基替换突变、删除突变、插入突变对DNA序列三周期功率谱的影响。研究结果表明:对于不同长度的编码序列,替换突变对序列功率谱的影响较小,删除突变和插入突变对序列功率谱的影响较大;随着序列编码区长度的减小,替换、删除、插入突变对序列编码区的功率谱影响会越来越大。对于中等长度外显子,插入突变对序列三周期功率谱影响最大,对于短外显子,删除突变对序列三周期功率谱的影响最大。研究结果可为含突变基因编码区的识别与检测提供参考。     

单碱基突变的检测

单碱基突变的检测吴学军,柴建华（复旦大学遗传所,上海２００４３３）关键词单碱基突变,检测在临床上有很多遗传病是由基因内的单碱基替换所致。如何快速简便地进行检测,发现这种点突变,是临床医学家的需要。１．单碱基检测方法的回顾用来检测单碱基错配的方法有等位...     

小鼠及猕猴胚胎MECP2基因T158M单碱基突变体系的建立

目的:利用单碱基编辑技术定点修饰MECP2基因T158M位点,获得单一定点突变类型的啮齿类及非人灵长类胚胎,为建立模拟临床上Rett综合征的疾病动物模型奠定基础。方法:利用单碱基编辑技术构建3对T158M-sgRNA质粒,并分别与BE系统(BE3或BE4max)质粒共转染293T细胞筛选高效的sgRNA,通过显微注射将体外转录的mRNA以不同的浓度组合注射到ICR小鼠和猕猴受精卵中,检测小鼠和猕猴胚胎发育率和编辑效率,评估BE3和BE4max的工作效率及最优浓度组合。结果:小鼠胚胎上BE4max(ng/μl)∶sgRNA(ng/μl)=100∶50浓度组合时,小鼠胚胎发育率和编辑效率最佳,同时该浓度组合在猕猴胚胎上也获得了有效编辑效率。结论:成功在小鼠及猕猴胚胎上实现了MECP2基因T158M位点上C→T的转变,为后期建立T158M突变的RTT动物模型建立了稳定的胚胎编辑体系。     

植物基因替换编辑技术研究进展

基因替换编辑是通过核酸酶介导的对目标基因进行定点敲入或替换的编辑技术,可以实现目的基因的定向修饰。本文从基因替换编辑技术的原理、实现方式与影响因素、应用及其前景等进行了总结与讨论,以期为通过定点基因替换或敲入技术开展高等植物基因功能鉴定与遗传改良研究提供参考。     

利用rBE3和rBE4系统进行水稻基因单碱基编辑的特异性和遗传稳定性分析

对基于rBE3(Rice base editor)和rBE4碱基编辑系统创制获得Os SERK1(D428N)和pi-ta(S918F)等基因的单碱基编辑突变体材料进行编辑特异性和遗传稳定性分析,旨在全面了解和更好地利用该碱基编辑系统。首先对Os SERK1(D428N)和pi-ta(S918F)sg RNA的潜在脱靶位点进行预测,并对T0代材料中的各脱靶位点进行PCR扩增和Sanger测序检测;同时对该两个基因的突变体材料自交获得的T1代植株的靶位点序列和外源T-DNA分离进行检测。结果显示各T0代材料均未检测到潜在脱靶位点发生单碱基编辑;此外,Os SERK1(D428N)和Os08g07774含有相同的sg RNA位点,且两个位点均能发生单碱基编辑;rBE3或rBE4系统介导产生的碱基编辑可稳定遗传至T1代,并在T1代可获得无外源T-DNA的纯合突变体。上述结果表明由rBE3或rBE4介导的碱基编辑具有较高的特异性,可进行多位点编辑,引入的碱基替换可稳定遗传至后代。     

基因编辑之“新宠”—单碱基基因组编辑系统

近年发展起来的人工核酸酶可通过引起特定位点的DNA双链断裂实现对目的片段的有效编辑。为进一步提高碱基修改的效率和精确度,2016年研究者们利用CRISPR/Cas9识别特定DNA序列的功能,结合胞嘧啶脱氨酶的生化活性发明了将胞嘧啶高效转换为胸腺嘧啶(C>T)的嘧啶单碱基编辑系统(base editor)。这一系统虽然能精准实现嘧啶直接转换,大大提高精确基因编辑效率,但美中不足的是无法对嘌呤进行修改。近期,Nature报道了将细菌中的tRNA腺嘌呤脱氨酶定向进化形成具有催化DNA腺嘌呤底物的脱氨酶,将其与Cas9系统融合发明了具有高效催化腺嘌呤转换为鸟嘌呤的新工具—腺嘌呤单碱基编辑系统(ABEs, adenine base editors)。本文总结了单碱基编辑工具的发展历程和最新研究进展,着重介绍ABEs的研发过程,并对单碱基编辑工具今后的应用方向和研发方向进行展望。     

基于焦磷酸测序技术建立基因编辑水稻检测方法

基因编辑技术发展迅速,但对应的检测方法较少。为寻找创建基因编辑作物适用的检测方法,以 PL3 基因编辑水稻编辑位点为靶标,有效设计了焦磷酸测序的扩增引物及测序引物,并进行有效性检测,分别利用Sequence to Analyze等程序以及SNP和AQ两种模式完成了对PL3 基因的定性和定量检测试验,建立了 PL3 基因编辑水稻编辑位点焦磷酸测序检测方法。结果表明,基于焦磷酸测序技术可以通过检测编辑位点从而将基因编辑型水稻与野生型水稻进行区分。与常规的转基因检测方法相比,该检测方法具有较好的准确性、高效性及高灵敏度等优点,在基因编辑型水稻编辑位点定性和定量检测分析方面具有很好的应用前景。     

一种新的基于单碱基延伸的SNP芯片技术

单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism, SNP)是人类基因组中最常见的一种变异, 与疾病易感性、药物代谢等有着密切的关系。已经建立了多种SNP检测技术并得到了应用。单碱基延伸(Single base extension, SBE)是常用的SNP分型技术之一。文章建立了SBE结合Zip-code芯片技术对SNP进行分型, 为个体化用药及临床诊断芯片的研究与开发提供技术和方法。     

带npt-Ⅱ基因转基因水稻快速检测技术的建立

以转溶菌酶基因水稻纯系材料中花9号(ZH9(R))及其受体品种中花9号(ZH9(CK))为材料, 以ZH9(R)中携带的npt-Ⅱ基因作为辅助筛选标记, 利用抗生素对其进行处理, 建立了一套快速检测带npt-Ⅱ基因转基因水稻的技术体系。使用不同浓度的卡那霉素(Kanamycin, Kan)和G418溶液将ZH9(R)和ZH9(CK)成株离体叶片于室内室温下置于培养皿中浸泡处理, 通过观察叶片变化, 确定G418为检测带npt-Ⅱ基因转基因水稻的最佳抗生素, 将G418(溶液)80 mg/L浓度(处理4天)作为检测该类转基因水稻成株离体叶片的临界浓度。进一步用G418对ZH9(R)和ZH9(CK)种子、幼胚和幼苗进行了不同处理。确定: (1) G418(溶液)300 mg/L浓度(处理7天)作为检测该类转基因水稻种子的临界浓度; (2) G418(1/2 MS+0.5 mg/L 6-BA+1.5%蔗糖培养基)200 mg/L浓度(处理10天)作为检测该类转基因水稻幼胚的临界浓度; (3) G418(1/2 MS+0.5 mg/L 6-BA+1.5%蔗糖培养基)150 mg/L浓度(处理12天)作为检测该类转基因水稻幼苗的临界浓度, 并且通过PCR方法证实了上述结论。将这些结论应用于ZH9(R)转育后代叶片、种子、幼胚和幼苗群体的检测, 检测效果都非常明显。这为带npt-Ⅱ基因转基因水稻建立了一套简便、直观且准确的检测方法。     

检测单碱基错配-PCR方法的发展

ＰＣＲ已用于ＤＮＡ诊断。连接酶链反应（ＬｉｇａｓｅＣｈａｉｎＲｅａｃｔｉｏｎ．ＬＣＲ）做为ＰＣＲ方法的补充得到进一步发展。应用热稳定ＤＮＡ连接酶,既能扩增ＤＮＡ,同时也能区分单碱基的替换。当碱基完全互补时,这个连接酶能对两个紧密相邻的寡核苷酸进行共价连接,若连接处发生了一个碱基突变,便不能使两个寡核苷酸有效连接,从而不能扩增产物,应用相应的方法便能区别     

基于单碱基延伸标签反应的常见食源性致病菌基因芯片检测方法的建立

针对8种常见的食源性致病菌(金黄色葡萄球菌、副溶血弧菌、单核细胞增生李斯特菌、沙门氏菌、阪崎肠杆菌、志贺氏菌、肠出血性大肠杆菌O157:H7和空肠弯曲杆菌),建立了基于单碱基延伸标签反应原理的基因芯片检测方法。筛选和整合8种食源性致病菌基因组中的特异性序列和相应PCR引物,致病菌靶DNA片段被扩增和纯化作为单碱基延伸标签反应的模板,反应产物在DNA芯片上与探针进行杂交反应,然后通过扫描基片的荧光强度进行判断。实验结果表明,可采用基于单碱基延伸标签反应的基因芯片方法同时特异性检测8种食源性致病菌,基因组DNA多重检测灵敏度可达到0.1pg,以鼠伤寒沙门氏菌为单一检测对象的细菌纯培养物灵敏度可达到5×102CFU/mL。本方法可以快速灵敏地检测食源性致病菌,为食源性疾病的诊断和防治提供了一个有效的方法。     

人类胚胎单碱基编辑治疗遗传疾病的研究

基因编辑技术是当今生物学研究领域最为重要的颠覆性技术之一,以CRISPR/Cas9系统为核心的基因编辑工具被广泛应用于包括人类体细胞、生殖细胞编辑相关的医学研究领域。虽然CRISPR/Cas9系统可以高效编辑靶基因,但其精准编辑能力依赖于效率极低的同源重组方式,这极大限制了其定点编辑的能力与应用范围,所以寻找一种能高效引入点突变的新型基因编辑工具具有重大的应用价值。以CRISPR/Cas9系统为基础的单碱基编辑系统可以在基因组靶位点实现精准、高效的C/G和T/A碱基间的转换,其编辑能力已经在动植物、人体细胞以及人类胚胎中得到证实。利用单碱基编辑技术,有望对人类超过70%的相关遗传性致病位点进行修复。现就人类胚胎单碱基编辑治疗遗传疾病的最新研究进展进行综述和展望。     

基于双碱基编辑系统的植物基因靶向随机突变技术

遗传性变异是表型多样性的基础,靶向饱和突变作物基因可以促进产生具有优异农艺性状的突变体。相较于传统诱变育种和异源物种中的定向进化方法,基于双碱基编辑系统的植物基因靶向随机突变技术可对植物内源基因产生高效突变,从而实现原位定向进化,加快植物育种及功能基因研究进程。该文介绍了使用饱和靶向内源基因突变编辑器(STEME)对植...     

转cry1Ab基因水稻对非靶标昆虫白背飞虱种群增长的影响

通过室内饲养实验及水稻氨基酸和碳、氮含量测定,比较研究了转cry1Ab水稻克螟稻 (KMD1和KMD2)与其亲本秀水11对非靶标害虫白背飞虱种群增长的影响。 结果表明,以克螟稻为食可对白背飞虱的产卵期和每雌产卵量产生一定影响。 以KMD2为食的白背飞虱的产卵期为7.6天,每雌产卵量为95.0粒,均显著低于以母本秀水11为食的白背飞虱的12.7天和167.5粒。但是,以KMD1为食的白背飞虱仅产卵期（8.6天）显著变短, 其每雌产卵量与以其母本秀水11为食的白背飞虱无显著差异。稻苗氨基酸含量分析结果表明KMD2引起白背飞虱种群生殖力显著下降可能与其游离氨基酸的总量和丙氨酸含量的显著下降以及谷氨酸含量的显著上升有关。因此,转cry1Ab水稻可对白背飞虱种群增长产生影响,但其影响因转cry1Ab水稻品种而异。     

水稻蜡质基因第一内含子碱基突变引起其RNA二级结构的可能变化

通过体外转录得到籼稻品种232蜡质基因第一内含子5’端430 bp的ssRNA分子,以及在此区域发生了自然突变的粳稻品种寒丰蜡质基因第一内含子5’端同样长度的ssRNA分子。部分变性胶电泳结果表明两种ssRNA分子的迁移速率不同。将两种ssRNA分子的核酸序列用计算机分析,表明此两种ssRNA分子能形成不同的茎-环结构,自由能值也有差异。对突变引起的这些不同与两种水稻品种蜡质基因转录本剪接的差异进行了讨论。     

水稻蜡质基因第一内含子碱基突变引起其RNA二级结构的可能变化

通过体外转录得到籼稻品种２３２蜡质基因第一内含于５’端４３０ｂｐ的ｓｓＲＮＡ分子,以及在此区域发生了自然突变的粳稻品种寒丰蜡质基因经一内含子５’端同样长度的ｓｓＲＮＡ分子。部分变性胶电泳结果表明两种ｓｓＲＮＡ分子的迁移速率不同。将两种ｓｓＲＮＡ分子的核酸序列用计算机分析,表明此两种ｓｓＲＮＡ分子能形成不同的茎－环结构,自由能值也有差异。对突变引起的这些不同与两种水稻品种蜡质基因转录本剪接的差异进行     

水稻CRISPR/Cas12a系统的优化及其介导的腺嘌呤碱基编辑器的建立

为了构建高效的CRISPR/Cas12a介导的水稻基因编辑系统,通过测试不同来源的Cas12a蛋白、crRNA长度和构型来探索影响Cas12a编辑活性的因素发现,相对于AsCas12a和LbCas12a在crRNA为23 nt时具有更高的编辑效率,并且crRNA 3'端的U4AU4结构并不能增强其在水稻中的编辑活性,同...     

CRISPR/Cas9单碱基编辑技术创制抗除草剂拟南芥种质

正CRISPR/Cas9基因编辑系统因其高效、廉价、简单、通用等特点,引发了基因编辑领域的革命.但是,在植物基因组上进行定点突变,依然困难重重.目前的技术路线是,将含有突变的DNA模板通过修复Cas9产生的DNA双链断裂的方式整合到植物基因组中,从而实现目标区域中的点突变.整合机制包括同源末端修复~([1])或非同源末端修复~([2])的两种方式.但是,DNA模板整合到目标区域的效率极低,这是在植物基因组中     

单碱基编辑技术的原理、发展及其在家畜育种中的应用

基因编辑技术CRISPR/Cas(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein)在家畜育种领域得到广泛应用,但其效率低下,且存在非靶向切割、安全性较低等问题,极大地限制了家畜育种中单碱基突变的引入。单碱基编辑(single base editing)作为一种最新的基因编辑工具,能够在不导入双链断裂的情况下直接进行碱基的替换,具有编辑效率高和特异性强的特性,为家畜育种的精确基因修饰提供了一种更简单、更有效的方法。本文主要介绍了单碱基编辑系统的原理及发展进程和碱基编辑技术在家畜育种中的应用,以期为单碱基编辑器在家畜育种中进一步优化和选择应用提供参考。     

基因的组织定向表达

California大学(San Francisco)的Yuet Wai Kan研究小组成功地在血红细胞中定向表达了重组蛋白。这项研究将在基因疗法中起作用并有助于家畜疾病的治疗。 经基因工程手段将多肽激素促红细胞生成素的基因和莫洛尼氏白血病毒部分病毒外壳蛋白基因接入逆转录病毒载体。病毒对带有促红细胞生成素受体的鼠类和人类细胞(即血红细胞前体)的感染性增强了。基因导入效率高。该小组相信这种配体-受体相互作用可扩展到多种其它系统。