基于CRISPR-Cas9的功能基因筛选研究进展

功能性基因的筛选是探索生物进程、研究疾病发生发展和诠释基因功能的重要方法,在生物、医药、新治疗靶点筛选及肿瘤耐药等方面有广泛的应用。CRISPR-Cas9(Clustered regularly interspaced short palindromic repeat sequences/CRISPR-associated protein 9)技术作为近期热门的基因编辑工具,能够高通量地对基因组进行精准修饰,为实现功能性基因的筛选提供了简便高效的技术支持。文中对CRISPR-cas9技术应用于功能性基因筛选的方法及研究进展进行了综述。     

橡胶树胶孢炭疽菌T-DNA插入突变体库构建及其致病缺陷转化子筛选

【目的】进一步研究橡胶树胶孢炭疽菌致病分子机理。【方法】通过含ILV1基因(具氯嘧磺隆抗性)的pSULF.gfp双元载体农杆菌AGL-1介导进行橡胶树胶孢炭疽菌遗传转化,利用氯嘧磺隆抗性标记筛选转化子,对转化子PCR验证及荧光显微观察;采用离体古铜期橡胶树叶无伤接种法进行致病性缺陷转化子筛选,并对转化子进行遗传稳定性检测。【结果】获得含3 721个转化子的T-DNA插入突变体库,转化效率为150 400个转化子/106孢子,从3 721个转化子中筛选得到致病性缺陷转化子25个;随机选取20个转化子进行遗传稳定性测定,在不含氯嘧磺隆PDA平板上继代培养10次后仍保持氯嘧磺隆抗性,且表型稳定,表明插入外源基因能够稳定遗传。【结论】可以利用根癌农杆菌介导橡胶孢炭疽菌转化,构建橡胶树胶孢炭疽菌T-DNA插入突变体库,筛选致病缺陷突变菌,为进一步研究该菌致病相关基因提供材料。     

CRISPR-Cas9系统介导的工业酵母营养缺陷型菌株构建

以组氨酸营养缺陷型菌株构建为例,在前期分离、诱变和筛选得到的安琪酵母工业菌株衍生菌株K-a中试用CRISPR-Cas9系统进行基因修饰。针对菌株K-a为单倍体、ura3和对潮霉素B敏感的特点,构建了以URA3为选择标记的Cas9表达载体YCplac33-Cas9、以hph NT1为选择标记的gRNA表达载体pRS42H-gHIS1,使用PCR方法合成donor DNA片段。使用醋酸锂法制备感受态细胞K-a (YCplac33-Cas9)、将pRS42H-gHIS1和donor DNA共转化,涂布(CMG~(-URA)+300μg/ml潮霉素B)平板,经表型筛选和PCR产物测序证明筛选平板生长菌落为目的转化子K-a (his1)的比例为74. 4%,初步建立了适于利用CRISPR/Cas 9系统进行基因修饰的工业菌株宿主平台和相应的简便、快速进行基因修饰的操作技术流程。     

利用CRISPR-Cas9技术构建敲除VDH的产香兰素拟无枝酸菌

[目的] 建立适用于拟无枝酸菌（Amycolatopsis sp.）的CRISPR-Cas9基因编辑系统,敲除其编码香兰素脱氢酶基因（VDH）,减少发酵副产物香草酸。[方法] 以VDH为靶标基因,将pKCcas9dO质粒上的tipA、j23119启动子分别替换为pRLE6质粒Km^r启动子、链霉菌中常用的强启动子permE*,同时将sgRNA替换为能识别靶基因香兰素脱氢酶的特异性sgRNA,获得质粒pKCKmCas9VDH。然后将其与靶基因的上下游同源臂连接,获得敲除质粒pLYZYP01。将pLYZYP01质粒电转进Amycolatopsis sp.感受态细胞,筛选获得VDH的敲除突变体菌株。[结果] 利用上述方法,成功获得VDH敲除菌株Amycolatopsis sp.ΔVDH。[结论] 建立了适用于拟无枝酸菌CCTCC M 2011265的基因敲除系统,成功敲除VDH基因,在添加12 g/L底物阿魏酸的情况下,香兰素产量达到9.19 g/L,摩尔转化率由88.6%提高到97.7%。     

利用CRISPR-Cas9基因编辑技术敲除H9c2细胞Tudor-SN 基因对细胞周期的阻滞及增殖的抑制

基因特异性敲除的细胞常用于生物学研究。近些年兴起的CRISPR-Cas9 （clustered regularly interspaced short palindromic repeats-Cas9 nuclease）基因编辑技术越来越广泛地用于基因特异性敲除的实验中。本实验通过利用CRISPR-Cas9基因编辑技术,实现对大鼠心肌H9c2细胞Tudor-SN（tudor staphylococcal nuclease）基因的敲除,并观察其对H9c2细胞周期及增殖的影响。选择PX462质粒为载体,利用软件设计能特异性识别H9c2细胞Tudor-SN 基因第2个外显子的上下游sgRNA（single-guided RNA）,构建1对重组质粒。随后,将这对质粒共同转入H9c2 细胞中,再挑选阳性单克隆细胞进行培养。Western 印迹鉴定其敲除效果,并用敲除成功的细胞株通过流式细胞术及CCK-8（cell counting kit 8）实验进行细胞周期和增殖的检测。Western 印迹结果显示,在阳性细胞中,Tudor-SN 蛋白不表达,成功实现了对Tudor-SN基因的敲除。流式结果显示,Tudor-SN基因敲除（KO）细胞发生了G1期阻滞。G1期细胞占比由H9c2 野生型（WT）细胞的54.28%±0.21% 升高到KO细胞的61.96%±0.40%（*P< 0.05）。CCK-8实验结果显示,KO细胞的增殖速率减慢。生长第6 d的A值由WT细胞的2.82±0.03降低到KO细胞1.85±0.19（*P< 0.05）。本实验成功构建了H9c2 细胞Tudor-SN 基因敲除细胞株,并检测到Tudor-SN 基因敲除对细胞周期的阻滞及增殖的抑制,为研究Tudor-SN基因对心肌细胞功能的调控提供了便利的工具及研究的基础。     

胶孢炭疽菌CgRGS2基因的克隆及生物学功能

【目的】G蛋白信号调控因子(Regulators of G-protein signaling,RGS)是G蛋白的一类负调控因子,在植物病原菌生长发育及致病过程中发挥着重要的作用,然而目前还未有关于胶孢炭疽菌RGS蛋白生物学功能的研究。本试验的目的是克隆胶孢炭疽菌的一个RGS基因CgRGS2,并分析其生物学功能。【方法】利用PCR技术扩增CgRGS2的基因并进行生物信息学分析,利用同源重组的方法获得CgRGS2基因的敲除突变体,并在突变体的基础上获得互补株,通过表型分析确定该基因的生物学功能。【结果】通过PCR扩增获得了CgRGS2的基因,其编码一个574个氨基酸的蛋白,在N末端含有一个RGS功能域。该基因敲除突变体同野生型相比,表现为营养生长缓慢,气生菌丝浓密,分生孢子产量降低且孢子呈多端萌发,对氧化压力及SDS敏感,致病性减弱等。【结论】CgRGS2蛋白参与调控胶孢炭疽菌的营养生长,分生孢子产量及萌发,氧化应激反应及细胞壁完整性,对其致病性也具有一定的影响。     

CRISPR-Cas9驱动的基因编辑新纪元

在自然界生物长期的进化过程中,细菌和古细菌演化出了一种适应性免疫系统用以抵御外源病毒与质粒的入侵,该系统由成簇规律间隔的短回文重复序列与相关基因组成,称之为CRISPR-Cas。近年来,这一领域突飞猛进,如今已经发展成为一种功能强大的基因编辑工具并在生物学及其相关领域得到广泛应用。本文重点综述了近年来CRISPR-Cas9系统在基因编辑、基因调节以及作为体外工具酶和特异性等方面的若干前沿进展。     

利用CRISPR-Cas9技术敲除MAS1基因的质粒构建与酶切方案优化的研究

CRISPR-CAS9技术是新一代基因编辑技术,可简便快捷地对哺乳动物细胞进行指定基因的敲除,实现沉默外源基因表达的目的。但传统的CRISPR-CAS9技术提供的酶切方案没有特异性,致使酶切效率不稳定,影响胶回收率以及后续实验。本实验通过改变酶切体系大小,以及酶切反应时间,继而通过胶回收率及测序检测的方法验证最佳酶切条件,最后通过荧光定量PCR和Western blotting实验检测目的基因的表达量,确认是否成功敲除目的基因。研究结果说明:BbsⅠ酶与px459质粒比值为1μL:500 ng,酶切体系为50μL,酶切时间为45 min时,酶切效果最佳、胶回收率最高,且此时目的基因在细胞内的表达量为0,确定该实验条件下目的基因被成功敲除。     

诺贝尔化学奖授予CRISPR-Cas9基因编辑研究

2020年,诺贝尔化学奖授予现就职于德国马普感染生物学研究所的法籍科学家Emmanuelle Charpentier和美国加州大学伯克利分校的Jennifer Doudna,表彰她们发明CRISPR基因编辑方法.她们揭示了Cas9具有RNA介导的DNA核酸内切酶活性,可以切断任意DNA双链,产生双链断裂.她们指出CRISPR具有在活细胞中修改基因的作用,利用CRISPR-Cas9编辑工具,可以精确改变细胞中的DNA.由于简单、高效、廉价等特征,CRISPR已经成为最为流行的基因编辑技术,被称为基因编辑"魔剪".本文介绍了两位诺贝尔化学奖得主的研究成果,概述了CRISPR系统的发现历程,以及CRISPR-Cas9的功能和应用.     

胶孢炭疽菌细胞骨架荧光标记菌株的构建

胶孢炭疽菌寄主广泛,能够引起众多植物产生炭疽病害.细胞骨架的结构及重排、极性分布都对菌丝生长、形态发生及致病性有着非常重要的作用,但是目前关于其菌丝生长及致病过程中细胞内骨架分布及动态变化情况还知之甚少.为了构建胶孢炭疽菌微丝及微管骨架的荧光标记菌株,采用随机重组及同源重组原理,成功构建了Lifeact-EGFP、MB...     

The Colletotrichum gloeosporioides perilipin homologue CAP 20 regulates functional appressorial formation and fungal virulence

Previous studies of the CAP20 gene in Colletotrichum gloeosporioides show that the CAP20 gene may affect virulence in avocados and tomatoes. In this study, we characterized the function of CAP20 from C. gloeosporioides, the causal agent of Colletotrichum leaf fall disease of Hevea brasilience. CAP20 encodes a perilipin homologue protein. Further investigations showed that the Cap20‐GFP fusion protein localized in lipid droplets in hypha and conidia. A C. gloeosporioides mutant, lacking CAP20, had thinner spores and smaller appressoria, and its turgor pressure generation was dramatically reduced and pore size was enlarged. Furthermore, we tested the pathogenicity of conidia from the wild type, gene‐deleted mutant and complemented transformant C.gloeosporioides on the leaves of rubber trees in sterile water and 0.19 M PEG2000. Conidia from the wild type and complemented transformant C. gloeosporioides in 0.19 M PEG2000 caused necrotic lesions and did not produce any lesion with the CAP20 null mutant. But all of them had developed normal disease lesions when they were inoculated in water. These results suggest that CAP20 is a perilipin homologue protein and is involved in functional appressoria development in C. gloeosporioides. CAP20 gene only affects fungal virulence to some extent by reducing the penetration of the immature appressoria into host cuticle in C. gloeosporioides.     

CgMFS1, a Major Facilitator Superfamily Transporter,Is Required for Sugar Transport,Oxidative Stress Resistance,and Pathogenicity of Colletotrichum gloeosporioides from Hevea brasiliensis

Colletotrichum gloeosporioides is the main causal agent of anthracnose in various plant species. Determining the molecular mechanisms underlying the pathogenicity and fungicide resistance of C. gloeosporioides could help build new strategies for disease control. The major facilitator superfamily (MFS) has multiple roles in the transport of a diverse range of substrates. In the present study, an MFS protein CgMFS1 was characterized in C. gloeosporioides. This protein contains seven transmembrane domains, and its predicted 3D structure is highly similar to the reported hexose transporters. To investigate the biological functions of CgMFS1, the gene knock-out mutant ΔCgMFS1 was constructed. A colony growth assay showed that the mutant was remarkably decreased in vegetative growth in minimal medium supplemented with monosaccharides and oligosaccharides as the sole carbon sources, whereas it showed a similar growth rate and colony morphology as wild types when using soluble starch as the carbon source. A stress assay revealed that CgMFS1 is involved in oxidative stress but not in the fungicide resistance of C. gloeosporioides. Furthermore, its pathogenicity was significantly impaired in the mutant, although its appressorium formation was not affected. Our results demonstrate that CgMFS1 is required for sugar transport, resistance to oxidative stress, and the pathogenicity of Colletotrichum gloeosporioides from Hevea brasiliensis.     

基因枪法获得GAI转基因橡胶植株的研究

将含有Camv35S启动子、卡那霉素抗性基因和GUS报告基因,目的基因为GAI基因的转化载体质粒pBI121,通过基因枪轰击巴西橡胶树(Hevea brasiliensis Muell-Arg.)花药愈伤组织,50 mg L~(-1)卡那霉素的继代培养基进行抗性筛选.获得了抗性再生植株,经过PCR、Southern检测结果表明:GAI基因已经成功转入橡胶树基因组中.     

基因枪法获得GAI转基因橡胶树植株的研究

将含有Camv35S启动子、卡那霉素抗性基因和GUS报告基因,目的基因为GAI基因的转化载体质粒pBI121,通过基因枪轰击巴西橡胶树(Hevea brasiliensis Muell-Arg.)花药愈伤组织,50 mg L~(-1)卡那霉素的继代培养基进行抗性筛选.获得了抗性再生植株,经过PCR、Southern检测结果表明:GAI基因已经成功转入橡胶树基因组中.     

Four New Chromone Derivatives from Colletotrichum gloeosporioides

Four previously unreported chromones, 5‐hydroxy‐2‐(hydroxymethyl)‐8‐methoxy‐4H‐chromen‐4‐one ( 1 ), (5R,7S)‐5,7‐dihydroxy‐2‐propyl‐5,6,7,8‐tetrahydro‐4H‐chromen‐4‐one ( 2 ), (5R,7S)‐5,7‐dihydroxy‐2‐methyl‐5,6,7,8‐tetrahydro‐4H‐chromen‐4‐one ( 3 ), and (5R,7S)‐5,7‐dihydroxy‐2‐[(E)‐prop‐1‐en‐1‐yl]‐5,6,7,8‐tetrahydro‐4H‐chromen‐4‐one ( 4 ), as well as one known analogue 5‐hydroxy‐2‐methyl‐4H‐chromen‐4‐one ( 5 ) were isolated from the fermentation broth of the endophytic fungus Colletotrichum gloeosporioides derived from the mangrove Ceriops tagal. Their structures were elucidated based on extensive spectroscopic analyses. The absolute configurations of 2 – 4 were determined by comparison the experimental and calculated electronic circular dichroism (ECD) spectra. Compound 2 showed cytotoxic activity against A549 cell line with the IC₅₀ value of 0.094 mm .     

蓝光诱导的胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)类胡萝卜素积累

胶孢炭疽菌(Colletotrichumgloeosporioides)为一种丝状真菌,蓝光照射可诱导类胡萝卜素的积累。光镜下观察表明,蓝光可诱导胶孢炭疽菌菌丝积累色素颗粒,而黑暗和红光处理却无此现象。类胡萝卜素的积累受蓝光光照强度的影响。28℃且蓝光为6.5μmol.m-2.s-1时,类胡萝卜素积累量可随光照时间延长呈增长趋势,在第5天达到最高峰为71.8μg/g FW,随后含量下降。此外,胶孢炭疽菌在黑暗中预培养的时间也影响蓝光的诱导反应。     

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。     

基因枪法将GAI基因导入巴西橡胶的研究

为了探讨利用基因工程技术进行橡胶树品质改良的可行性,用基因枪轰击巴西橡胶(Hevea brasiliensis)愈伤组织,将GAI矮化基因导入橡胶受体中,通过50mg L-1卡那霉素筛选鉴定,优化了基因枪法转化橡胶的各种参数。结果表明,DNA金弹与靶细胞的距离为9cm,每皿轰击一次时,胚状体诱导率可以达到1.87%。经过GUS组织染色和PCR扩增鉴定,初步确定GAI基因已经整合到橡胶基因组中。