基因组编辑技术研究进展

利用基因组编辑技术可以对生物基因组特定位点进行人工修饰,研究相关基因的功能,进而应用于基础研究和临床治疗方面。序列特异性的DNA结合结构域与非特异性的DNA修饰结构域组合而成的人工酶是基因组编辑工具的重要组成部分。主要介绍了锌指核酸酶(ZFNs)、转录激活样效应因子核酸酶(TALEN)、归巢核酸内切酶(Meganucleases)和成簇间隔短回文重复(CRISPR)4种基因组编辑技术的特点、原理、构建方法及应用,为相关的研究和应用提供参考。     

乳酸菌基因组编辑技术研究进展

乳酸菌是一类重要的工业微生物,具有多种益生功能。目前关于其代谢功能改造、蛋白功能鉴定和挖掘优良功能基因等的研究主要依赖于传统的同源重组技术,但该技术效率低下,耗时且操作繁琐,严重制约了乳酸菌在基因水平的改造。因此建立稳定、高效的乳酸菌基因编辑方法,借助基因编辑技术挖掘功能基因、解析代谢途径、改良工业菌株等是十分有必要的。文章综述了乳酸菌基因编辑技术及其原理,并对这些技术在乳酸菌基因组上的应用现状和亟待解决的问题进行了分析总结,展望了乳酸菌基因组编辑技术的未来发展趋势,以期为乳酸菌功能基因鉴定及遗传改良提供参考。     

金黄色葡萄球菌基因组编辑技术

金黄色葡萄球菌是一种革兰氏阳性病原菌,可引发多种严重感染。分子遗传学操作是研究金黄色葡萄球菌基因功能和分子感染机制的重要手段。金黄色葡萄球菌因其限制性修饰系统使得对其进行遗传学操作总显得费时费力。此外,较低的DNA转化效率和同源重组率也一直制约着相关研究的开展。本研究列举了近年来主流的金黄色葡萄球菌基因组编辑方法,包括基于基因等位替换的抗生素筛选和反向筛选系统、基于Ⅱ型内含子剪切的TargeTron系统以及重组的CRISPR/Cas9系统,从技术层面较为详细地介绍和比较了上述编辑技术的操作原理和试验流程,以期为相关领域的研究人员提供技术参考。     

基因组编辑技术研究新进展

基因组编辑是一种针对目的基因组进行定点改造的技术,其主要方法是通过对目的基因组的改造,从而达到对未知功能基因进行研究和基因治疗的目的。人工核酸内切酶介导的基因组编辑技术是目前应用前景最为广泛的技术,其包括ZFNs、TALENs和CRISPR/Cas技术。本文针对3种不同的基因组编辑技术的原理作了简要介绍,比较分析了它们各自的优缺点,并对不同生物中基因组编辑技术的研究现状进行了总结,对疾病模型动物的建立中的应用作了探讨,同时对该技术在疾病基因治疗中的应用前景进行了展望。     

乳酸菌的基因组编辑技术研究进展

乳球菌(Lactococcussp.)和乳杆菌(Lactobacillussp.)是工业上常用的乳酸菌(lacticacid bacteria,LAB),长期应用于食品和饮料的发酵。近年来,随着分子操作及遗传改造技术的不断完善,推动了乳球菌和乳杆菌的基础和应用研究,其作为功能菌株和工业微生物细胞工厂的重要潜能也不断突显出来。本文综述了工业常用乳酸菌的基因组编辑技术研究进展,着重介绍了基于整合质粒的敲除、敲入,基于基因组重组工程的精细修饰和敲除、敲入,以及基于成簇的规律性间隔的短回文重复序列及其相关蛋白9[(clusteredregularlyinterspacedshortpalindromicrepeats(CRISPR)/CRISPR-associated nuclease9 (Cas9), CRISPR/Cas9]系统的基因组编辑技术。     

新型靶向基因组编辑技术研究进展

传统的靶向基因组编辑技术改造基因效率非常低,严重制约了基础研究和临床应用。因此,新的靶向基因组编辑工具的研究显得非常重要,以此来提高基因原位修复、定点整合及高通量基因敲除的效率。主要论述了近年来发现的新型靶向基因组编辑技术即锌指核酸酶(ZFN)、转录激活子样效应因子核酸酶(TALENs)、规律成簇间隔短回文重复(CRISPR)/Cas系统。从它们的发现、结构和研究进展及应用前景等方面进行了总结;通过比较三者的优缺点,发现规律成簇间隔短回文重复(CRISPRs)具有明显的优点。     

基因组编辑技术与模式动物

随着高通量测序技术的发展,后基因组时代的研究重点已转移至如何阐明基因功能。以胚胎干细胞(ES)和同源重组为基础的基因打靶技术在生命科学及医学研究中做出了重要贡献,但存在打靶效率低、耗时长、有物种限制等缺点。近年来,锌指核酸酶(ZFNs)、类转录激活因子核酸酶(TALENs)及CRISPR/Cas9等新的基因组编辑技术的兴起极大地推进了基因功能研究的进展。ZFNs与TALENs包含两个结构域,识别并结合核苷酸的DNA结合域和Fok I核酸内切酶,两者的区别在其DNA识别结构域:ZFNs识别的基本单位为3个连续碱基对,TALENs则识别单个碱基。与ZFNs及TALENs不同,CRISPR/Cas9以碱基互补配对机制识别并结合DNA,该技术设计简便,在各物种中得到广泛应用。自ES细胞打靶技术至今,研究者采用基因打靶技术已获得许多疾病相关模型,这些模型在基因功能、人类疾病治疗及基因治疗等方面发挥着越来越重要的作用。将对各类基因组编辑技术的原理及应用情况进行总结,同时介绍模式动物在生命科学及医学研究中的应用情况。     

噬菌体基因组编辑技术及其研究进展

阐述了噬菌体的基因整合、缺失、点突变等内容,并汇总噬菌体的基因组编辑方法,旨在为噬菌体的进一步应用和研究作铺垫.     

人工核酸内切酶介导的新一代基因组编辑技术进展

对基因组特定位置进行针对性修饰的实验方法称为基因组编辑技术。近年出现的ZFN、TALEN、CRISPR/Cas等一系列人工核酸内切酶逐渐形成了新一代基因组编辑技术,极大地促进了基因组靶向修饰技术的发展,并在基因功能研究、基因治疗等领域开始发挥巨大作用。文中对这一技术的基本原理、发展历程和应用方式进行了简要总结。     

基因组编辑技术及未来发展

基因组编辑技术是合成生物学的一项核心使能技术.CRISPR基因组编辑技术在生命科学领域掀起了一场全新的技术革命,助推了合成生物学快速发展.然而,目前CRISPR基因组编辑技术的性能尚有欠缺,智能设计、表达和投递系统等相关技术也不能满足医疗和农业领域的应用需求.未来基因组编辑技术的发展方向,一方面亟待开发更精准、高效、全...     

植物基因组编辑新工具——引导编辑技术

基于CRISPR/Cas9系统的引导编辑(prime editing,PE)技术作为一种新兴的基因组编辑技术,能在不产生双链断裂的情况下实现所有12种单碱基替换和小片段DNA的缺失或插入.引导编辑技术已经在多种植物中成功应用并将在植物精准育种中发挥重要作用.虽然植物引导编辑(plant prime editing,PP...     

工业微生物基因组编辑技术的研究进展

近年来,基因组范围的高效编辑技术发展迅速,对工业微生物基因组的改造效率不断提升,彻底改变了以"一次操作、一个抗性基因、一个修饰位点"为特征的传统遗传操作模式,实现了基因组上多重位点的同步编辑,精确高效且无需抗生素辅助的插入替换或删除,以及大片段基因组DNA的剪切-粘贴等。这些技术的应用,能够高效构建优良性能的生产菌株,必将推动传统发酵产业的革新,促进以新能源和新材料为基础的新型工业生物技术的发展。本文针对这些新技术的原理和特点,结合一些典型应用实例,进行分析和总结,希望能为工业微生物的改造与构建提供参考与借鉴。     

碱基编辑器的开发及其在细菌基因组编辑中的应用

碱基编辑器是近两年发展起来的新型基因组编辑工具,它将碱基脱氨酶的催化活性和CRISPR/Cas系统的靶向特异性进行结合,催化DNA或RNA链上特定位点的碱基发生脱氨基反应,进而完成碱基的替换。碱基编辑器分为DNA和RNA碱基编辑器两大类,其中DNA碱基编辑器分为两种:胞嘧啶碱基编辑器和腺嘌呤碱基编辑器;前者可以实现胞嘧啶到胸腺嘧啶的转换,而后者则可以将腺嘌呤突变为鸟嘌呤。由于DNA碱基编辑器不会造成DNA的双链断裂(DSB),也不依赖于宿主的非同源末端修复和同源重组途径,因此,大大减少了DSB相关的编辑副产物,如小片段插入或缺失等。基于CRISPR/Cas系统的RNA碱基编辑器,可以实现RNA链上腺嘌呤核苷到次黄苷的转换。本文对不同类型碱基编辑器的开发过程、适用范围和编辑特点等进行梳理,并对其在细菌基因组编辑中的应用进行了介绍;最后简要探讨了细菌中碱基编辑器的缺点以及将来可能的研究方向。     

人工核酸酶介导的基因组编辑技术

传统的基因组编辑技术是基于胚胎干细胞和同源重组实现生物基因组定向改造,但是该技术打靶效率低,严重制约了生命科学以及医学的研究.因此,研究新的基因组编辑技术十分重要.人工核酸酶介导的基因组编辑技术是通过特异性识别靶位点造成DNA双链断裂,引起细胞内源性的修复机制实现靶基因的修饰.与传统的基因组编辑技术相比,人工核酸酶技术打靶效率高,这对于基因功能的研究、构建人类疾病动物模型以及探索新型疾病治疗方案有着重要的意义.人工核酸酶技术有3种类型：锌指核酸酶(ZFN)、类转录激活因子核酸酶(TALEN)及规律成簇的间隔短回文重复序列(CRISPR).本文将对以上3种人工核酸酶技术的原理以及在生命科学和医学研究的应用进行综述.     

基因组编辑技术研究前沿与挑战

<正>人类对自然界生物的改造包括许多方面:通过动植物的育种尽可能获得高质、高产的农副产品来满足人类日益增长的物质生活需要;对抗生素、抗体、疫苗等生产菌株的基因组进行改造,为人类提供高质量的诊断和治疗用医药产品;通过合适的工具去定点修复人类自身的基因从而达到治疗疾病的目的可以说是"人定胜天"的终极目标。所有这些操作都涉及到基因组的改造或编辑。基因组编辑技术的研发为人类改造     

植物CRISPR基因组编辑技术的新进展

在过去的4年中,CRISPR/Cas9基因组编辑技术成为生命科学领域的革命性工具,为植物学基础研究和农作物遗传改良提供了高效、快速而又廉价的遗传操作工具。利用CRISPR/Cas9系统可以实现精准的knock-out和knock-in等遗传操作,也可用于靶向激活或抑制基因的表达。在CRISPR/Cas9被广泛地用于基因组编辑的同时,它的编辑能力、效率和精确度也在不断地改进和完善,特别是CRISPR/Cpf1系统的发掘和单碱基编辑技术的创建,使CRISPR系统正逐步成为一个理想的遗传工程技术平台。此外,利用CRISPR/Cas9技术改良的农作物品种也已经涌现,这必将推动精准基因组编辑技术在农作物遗传改良中的应用和发展。     

基因组重排技术应用及进展

基因组重排技术结合了传统诱变技术和细胞融合技术,是一项对整个微生物基因组重排的新型育种技术。基因组重排技术通过多亲本原生质体递归融合,可以使工程菌快速获得多样复杂优良表型,并且无须了解其基因组学、代谢组学等具体背景。介绍了基因组重排技术的过程及应用,展现了基因组重排技术的优点,并给出了基因组重排技术的发展在未来的应用情景。     

细菌基因组重复序列PCR技术及其应用

细菌中散在分布的DNA重复序列近年来不断被报道,基因外重复回文序列和肠细菌基因间共有重复序列是两个典型的原核细胞基因组散在重复序列。重复序列在染色体上的分布和拷贝数具种间特异性,用它们的互补序列作为引物,以细菌基因组DNA为模板进行PCR扩增反应,反应产物的琼脂糖电泳可以提供非常清晰的DNA指纹图谱,使用此图谱既可对各种微生物进行快速分型及鉴定,又可对它们进行DNA水平上的遗传多样性分析。细菌基因组重复序列PCR技术具有简捷、快速、结果稳定等特点,可对细菌进行分子标记,用于菌株分型、分类鉴定和亲缘关系等方面的研究。