骨形态发生蛋白9基因敲除小鼠的构建

目的运用CRISR/Cas9技术敲除小鼠基因组中Bmp9基因片段,构建Bmp9基因敲除小鼠。方法根据Bmp9基因的外显子序列,设计一段sgRNA并合成。sgRNA体外转录后和Cas9mRNA混合后显微注射受精卵细胞,注射后的受精卵细胞移植至受体动物获得子代小鼠。提取子代小鼠基因组DNA测序鉴定其基因型。基因型鉴定正确的小鼠与野生型交配后筛选纯合子小鼠。同时取纯合子小鼠心脏、肝、脾、肺、肾,匀浆后提取总RNA和总蛋白,通过qPCR、WB和免疫组化检测BMP9在各组织中的表达。结果设计并合成20bp的sgRNA并进行体外转录,显微注射并回植后得到基因突变小鼠,连续交配后得F2代纯合子。测序结果显示,突变小鼠存在两种基因型,一种为5bp缺失突变,另一种为13bp缺失并伴有1bp插入突变。与野生型C57BL/6相比,qPCR、WB和免疫组化结果均表明基因敲除小鼠肝中BMP9表达显著降低。结论利用CRISPR/Cas9技术成功构建出了BMP9基因敲除小鼠。     

CRISPR基因编辑的脱靶效应应对策略综述

CRISPR/Cas9基因编辑系统是第三代基因编辑技术,在生物医学领域有着广泛的应用。该系统由sgRNA和Cas9蛋白组成,sgRNA与Cas9结合并引导Cas9到达DNA靶点,Cas9作为核酸内切酶对靶序列进行切割,形成DNA双链断裂(double strand break, DSB)。DSB通过两种机制——非同源末端连接(nonhomologous end joining, NHEJ)和同源重组介导的修复(homology-directed repair, HDR)——进行修复,实现特定基因的敲除或插入。与锌指核酸酶(ZFNs)和转录激活因子样效应物核酸酶(TALENs)等基因编辑工具相比,CRISPR/Cas9在简便性、专一性等方面有很大优势,但脱靶效应一直是它在实际应用中面临的一个难题。目前已有许多针对脱靶效应的研究,科学家们已发现一些影响靶点专一性的因素,如sgRNA种子序列、PAM序列、Cas9蛋白、DSB修复通路等,并据此研发出降低脱靶效应的可行性策略。本综述就CRISPR/Cas9系统的作用原理、潜在的脱靶危害和降低脱靶效应的策略研究进行阐述。     

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。     

利用CRISPR/Cas9技术建立斑马鱼Asb11基因敲除品系

Asb11基因被报道与斑马鱼Notch信号的激活有关,本研究室过去的研究显示该基因在心肌和骨骼肌中特异性表达。因此推测Asb11基因可能是心脏发育相关候选基因。为了阐明Asb11基因在斑马鱼心脏发育过程中的作用,本文利用CRISPR/Cas9打靶技术构建敲除Asb11基因的斑马鱼品系。首先在线分析筛选出Asb11基因最适合的打靶位点,然后PCR扩增出Asb11基因gRNA的双链c DNA,再将Asb11基因的gRNA和Hcas9的mRNA共同注射到斑马鱼胚胎Ⅰ细胞期胚胎中。进行打靶的有效性检测,发现Asb11基因的一号外显子出现了碱基的缺失,表明CRISPR/Cas9系统对Asb11基因的敲除是有效的。对其F0代、F1代、F2代进行筛选,成功获得了Asb11基因敲除的斑马鱼品系,为探究Asb11在心脏发育中的作用奠定了基础。     

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。     

果蝇睾丸基因敲除突变体的构建及表型分析

生殖系统功能的正常维持是物种繁衍的基础,需要多基因协同作用,但其中许多基因的具体功能和作用机制并不清楚。本研究选取了果蝇(Drosophila melanogaster)中8个在睾丸中表达、功能未知且与人(Homo sapiens)和小鼠(Mus musculus)高度同源的基因(CG4161、CG11475、CG2921、CG10541、CG7276、CG3800、CG8117和CG16779),分析了它们在不同组织中的表达水平,并分别检测了它们在雄性生殖系统中的功能。在这8个基因中,前5个为睾丸优势表达基因,其余3个为全身性表达。首先,利用CRISPR/Cas9 (clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9)技术结合同源定向修复(homology-directed repair, HDR)在果蝇中对8个候选基因逐一进行敲除,建立了纯合的基因敲除突变品系;然后对这些品系的雄蝇进行了生育力测试及睾丸细胞学观察。结果显示,CG7276和CG3800基因敲除果蝇出现部分雄蝇不育且可育雄蝇后代数量较野生型显著下降。睾丸解剖观察显示CG7276和CG3800的功能缺失可导致雄蝇分别出现不同程度的精囊缩小及精原干细胞减少和细胞分布混乱;染色结果也提示CG7276和CG3800在精子的成熟过程中发挥一定作用。其他6个基因突变并未导致雄蝇育性变化或睾丸形态异常。这些突变体的获得及表型的初步分析为进一步研究基因功能及机制提供了良好的动物模型及基础。     

酵母杂交系统在CRISPR/Cas9基因编辑系统脱靶率研究中的应用*

目的:为提高CRISPR/Cas9(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9)靶向性奠定基础,同时证明酵母杂交系统在研究CRISPR/Cas9脱靶效应中的应用价值。方法:以实验室前期构建成功的activase基因编辑水稻株为研究对象,先采用T7核酸内切酶Ⅰ法初步预测30株基因编辑水稻株的脱靶率。随后以酵母杂交系统进一步预测脱靶率以及研究sgRNA结构对脱靶率的影响。首先,将activase靶向基因的标准sgRNA(standard sgRNA)和短sgRNA(truncated sgRNA)分别克隆至CRISPR/Cas9系统表达载体pDW3769中,构建对应的重组载体pHZ2和pHZ4,转化至YPH499酵母单倍体形成重组酵母YpHZ2和YpHZ4;其次,根据脱靶位点预测选择7组脱靶序列A、B、C、D、E、F、G以及靶向序列,分别克隆至包含报告基因mCherry的高拷贝载体pDW3133和低拷贝载体pDW3134,构建相应的高拷贝重组载体pHZ5、pHZ7、pHZ9、pHZ11、pHZ13、pHZ15、pHZ17和pHZ19,以及对应的低拷贝重组载体pHZ6、pHZ8、pHZ10、pHZ12、pHZ14、pHZ16、pHZ18和pHZ20,转化至YPH500酵母单倍体,构建重组酵母YpHZ5-20。随后,重组酵母YpHZ2和YpHZ4与重组酵母YpHZ5-20分别杂交,挑取双倍体酵母菌落,在不同的时间段下检测荧光数值,根据荧光值定量预测脱靶率。结果:酵母培养144~192 h时荧光最为显著,脱靶序列sgRNA与靶向基因sgRNA同源性越高,越易造成脱靶,但短sgRNA较标准sgRNA脱靶率低。根据水稻植株的脱靶检测显示脱靶率约20%,基于酵母杂交的检测结果显示脱靶率为20%~28%。结论:酵母细胞进入稳定期时荧光值最为显著,且与载体的拷贝数量成正比。sgRNA序列以及长短结构可影响CRISPR/Cas9的基因靶向性。两种方法的脱靶率预测结果相当,表明酵母杂交系统在评价CRISPR/Cas9系统的脱靶率以及研究脱靶影响因素中具有良好的应用价值。     

一种拟南芥基因高效编辑体系研究

CRISPR/Cas9基因编辑系统操作简单易行,无需引入外源基因,生物安全性高。但怎样快速筛选获得不含外源转化元件的基因编辑后代是一个关键技术问题。本研究创造性的将拟南芥种皮特异性启动子At2S3与荧光筛选标记基因mCherry组装进植物基因组定点编辑CRISPR载体pHDE中,以拟南芥as1为靶基因,构建一种通过荧光标记筛选、实现转化后代中Cas9 Free的基因高效编辑体系。结果表明,通过同源重组方法构建的带有筛选标记的CRISPR载体与设计相符,外源插入片段正确。挑选转化后种皮上带有红色荧光标记的阳性种子培育得到T₁代植株,经PCR验证,成功获得as1定点敲除的纯合突变植株,纯合子比率达到40%;挑选T₁代纯合突变上不带荧光的种子,培育得到的T₂代植株中,PCR检测不到Cas9片段,实现了编辑后代的Cas9 Free。本研究构建的一种带有可视化筛选标记的基因高效编辑体系,成功实现编辑后代中无外源插入的Cas9等转化元件,生物安全性高,为基因组定点编辑技术在植物遗传资源改良中的高效利用提供了借鉴与参考。     

A comparison of the larval overwintering biology of the striped stem borer, Chilo suppressalis (Lepidoptera: Crambidae), in rice and water-oat fields

It has been suggested that the striped stem borer, Chilo suppressalis (Walker), has developed distinct populations inhabiting rice Oryza sativa (Linnaeus) and water-oats Zizania latifolia (Turcz). In this study, we compared several biological traits between overwintering larvae from rice and water-oat fields during the winter of 2010. The parasitism rate was significantly higher in the larvae that overwintered in the rice field than in those that overwintered in the water-oat field. The average body weight of overwintering larvae and the weight of 3-day-old pupae, as well as the number of eggs carried by adult females, were all significantly greater in the samples from the water-oat field. The diapause intensity, defined as the number of days required until pupation by overwintering larvae transferred to 25 °C and L:D 16:8 h, decreased progressively from January to March but decreased more rapidly in the water-oat field. Our results demonstrate differences in the overwintering biology of C. suppressalis larvae from rice and water-oat fields. These differences may contribute to the differentiation and reproductive isolation between host-plant populations in this species.     

二化螟人工饲料研究初报

在温度为(29±1)℃,相对湿度为80%~90%的条件下,分别以3种人工饲料和天然饲料(新鲜水稻茎杆)对二化螟Chilo suppressalisWalker进行连续继代饲养。结果表明,3种人工饲料饲养的二化螟幼虫的生长历期、化蛹率、蛹重、蛹期及羽化率等均与天然饲料的基本接近,而且这3种人工饲料配制简便、成本较低,也不易霉变,是3种较为理想的人工饲料。通过第2代和第3代的继代繁殖表明,3种人工饲料和天然饲料饲养的二化螟的发育情况都稍有下降,但3种人工饲料与天然饲料间不存在显著差异。     

二化螟人工饲养技术

二化螟Chilo suppressalis(Walker)是我国水稻上的重要害虫,为促进其防控技术研究,迫切需要建立二化螟标准化饲养技术。根据二化螟对关键营养成分的需求,研制了一种适合其生长发育、存活和繁殖的人工饲料配方,并发展了其长期、继代、规模化饲养的标准饲养技术。已用该饲料配方和饲养技术连续饲养二化螟69代,其适合度指标仍保持较高水平。该饲料配方和饲养技术适合二化螟的周年继代和规模化饲养,同时也为其它寡食性昆虫人工饲料的研制与开发提供借鉴和参考。     

抗二化螟的水稻品种筛选

【目的】筛选抗二化螟Chilo suppressalis水稻品种资源,明确其抗虫机理,是农业防治的基础。【方法】采用室内人工接虫为害和大田自然受害相结合的方法,鉴定了不同的水稻品种抗性;同时通过目测不同水稻植株外部形态特征、在网罩内供试品种上接入成虫后2 d的产卵量、幼虫孵化后2 d观察稻株内二化螟的存活率,探讨抗虫品种的抗虫机理。【结果】从344个水稻品种资源和当家品种中筛选出"碑田倒"和"银间杂糯"2个抗虫品种,以及"农飞"和"三香糯"等65个中抗品种,进一步对鉴定出的2个抗虫品种和65个中抗品种进行大田验证,发现符合率达88.06%;其中,抗虫品种"碑田倒"和"银间杂糯"稻株叶舌、叶耳紧贴,叶鞘紧包,脉间距较窄,其植株上的产卵量和幼虫存活率显著少于感虫品种"香稻"、"赣南早"、"三粒寸"、"赣优晚"及中抗品种"赛湖早"、"TKM6"。【结论】在籼稻、粳稻和糯稻中均可筛选出抗虫和中抗品种。其中,糯稻中的抗虫品种和中抗品种较多,占糯稻品种的33.3%;粳稻品种次之,中抗品种占20%,籼稻品种较少,为18.83%。其抗虫机理主要是稻株外部形态特征不利于二化螟蚁螟侵入、成虫产卵量少和幼虫生长发育不良、存活率低。     

Seasonal changes of phospholipids in last instar larvae of rice stem borer Chilo suppressalis Walker (Lepidoptera: Pyralidae)

Phospholipids of the cell membrane have been studied from the viewpoint of how overwintering insects inhabiting temperate zones adapt to low temperature. The transition of cell membrane phospholipids from a liquid crystalline phase to a gel phase is a crucial cause of cold or freezing injuries. We determined the qualitative and quantitative changes of phospholipids in the last instar larvae of the rice stem borer in summer and winter. We found that the total amount of their phospholipids did not change significantly between summer and winter and that the sum of phosphatidylcholine (PC) and phosphatidylethanolamine (PE) comprised about 85% of their total phospholipids. In summer, the ratio of their PE to PC was almost one, while from autumn to mid‐winter it increased and reached three in February. The fatty acid compositions of PC hardly changed, and the percentage of unsaturated fatty acids did not exceed 50%. In contrast, the percentage of unsaturated fatty acids of PE in overwintering larvae increased up to 80% as ambient temperatures fell and oleic acid mainly contributed to the high percentage of unsaturation. In the present study, the relationship between the quantitative and qualitative changes of phospholipids and adaptation of the rice stem borer to cold winter climate are discussed.     

Complete mitochondrial genome of Chilo suppressalis (Walker) (Lepidoptera: Crambidae)

The complete sequence of the mitochondrial genome (mitogenome) of the rice stem borer Chilo suppressalis (Walker) (Lepidoptera: Crambidae) was determined to be 15,465 bp. It contains 13 protein-coding genes (PCGs), 22 tRNA genes, the large and small rRNA genes, and an A+T-rich region. The nucleotide composition of the mitogenome of C. suppressalis is highly A+T biased, accounting for 79.70% in whole mitogenome, 77.74% in PCGs, 84.70% in tRNAs, 81.20% in rRNAs and 94.19% in A+T-rich region, respectively. The PCGs have typical ATN start codons, except for cox1, which contains the unusual CGA. The C. suppressalis A+T-rich region contains a conserved structure combining the motif ATAGA and a 19-bp poly-T stretch, but absence of the 9-bp poly-A element upstream trnM.     

不同配方信息素诱芯对二化螟的诱捕效果比较研究

2004年和2005年夏季在江淮稻区二化螟Chilo suppressalis性诱剂诱捕的结果表明：一种新型诱芯（其中顺-11-十六碳烯醛∶顺-9-十六碳烯醛为2∶1）对第1代二化螟的日平均诱捕量相当于二化螟标准诱芯的5倍左右,而在越冬代和第2代成虫发生期则分别相当于后者的1.5839倍和1.7474倍。二化螟诱捕量取决于顺-11-十六碳烯醛和顺-9-十六碳烯醛的比例,而与其各自的剂量或信息素总剂量无明显关系,且它们的最佳配比可能因世代夜间温度的不同而不同,二化螟标准诱芯在第1代诱捕效果下降的原因可能是两种不饱和十六醛比例不适。     

二化螟人工饲料关键因子的优化及其优化配方的饲养效果

采用5因子4水平正交试验,将作者在以前筛选出的二化螟Chilosuppressalis(Walker)人工饲料的5个关键因子进行了进一步的优化,并得出了二化螟人工饲料的优化配方,其成分如下:稻茎粉18.75g、大豆粉15.00g、麦芽粉15.00g、稻糠粉6.25g、茭白茎粉7.50g、干酪素10.00g、酵母粉18.75g、纤维素7.50g、蔗糖15.00g、葡萄糖7.50g、维生素C7.50g、复合维生素B3.00g、胆固醇0.375g、氯化胆碱0.25g、Beck氏盐2.50g、山梨酸1.35g、琼脂13.49g和自来水809.25g。通过连续3代继代饲养试验,比较了该优化配方和二化螟天然饲料水稻茎的饲养效果。结果表明,在一些关键指标上(如存活率、化蛹率和羽化率等),所优化的二化螟人工饲料配方的饲养效果明显的好于其天然饲料水稻茎的;而在许多其它的指标上(如蛹期、成虫期、产卵量、卵期和孵化率等),该优化配方对二化螟的饲养效果与水稻茎的相当;但该配方饲养的二化螟在第3代时幼虫历期明显的比水稻茎的有所延长。     

日龄和交配状态对二化螟雄蛾内生殖器特征的影响

【目的】性信息素群集诱杀应用于二化螟Chilo suppressalis测报和防治。本研究旨在明确性信息素群集诱杀二化螟的机理及诱集雄蛾的交配状态。【方法】利用行为学和生殖器解剖技术,研究不同日龄和交配状态二化螟雄蛾内生殖器特征,并将其与田间性信息素诱集获得的雄蛾进行比较。【结果】二化螟雄蛾单射精管非角质化区可分为7段;生殖器内含物主要为白色,紧实程度可以分为5级(0-4级),存在充满和未充满生殖器两种状态。随着日龄增加,雄蛾附腺以及第3和4段非角质化区内含物等级降低,第5和7段非角质化区内含物未充满比例升高,内含物为白色的比例下降。交配后1 h之内二化螟雄蛾第5和7段非角质化区和复射精管内含物等级显著低于未交配雄蛾,而第1-4段非角质化区内含物等级显著高于未交配雄蛾。交配后24 h,所有内含物等级和未交配雄蛾无显著差异;交配后36 h,第5和7段非角质化区内含物未充满比例高于未交配雄蛾。性信息素诱集和未诱集雄蛾生殖器内含物等级无显著差异。田间性信息素诱集雄蛾附腺端半部内含物等级显著高于2-6日龄未交配二化螟,第3和4段非角质化区内含物等级显著低于刚羽化(0日龄)雄蛾。【结论】本研究结果表明,利用生殖器内含物特征可以区别交配后12 h内的已交配和未交配二化螟雄蛾,性信息素群集诱杀的可能大部分是羽化1 d的未交配雄蛾。本研究结果为二化螟雄蛾交配状态判定和蛾类害虫性信息素测报和防治的有效性提供了一定依据。