基因组编辑技术在植物中的研究进展与应用前景

外源DNA导入细胞并与基因组靶基因发生同源重组可以精确修饰或替换靶基因,但在植物中产生自发同源重组的概率很低.近几年出现的人工改造核酸酶可以大幅提高同源重组的效率,实现基因组的精确、定向改造.其中,归巢核酸酶、锌指核酸酶和TALE核酸酶已在植物基因工程中得到成功应用,最近开发出来的基于CRISPR/Cas系统的基因组编辑技术则更具有高效方便等特点.这些人工核酸酶的应用为植物基因工程的发展呈现了更加美好的前景.首先介绍了基因组编辑技术及其发展历程,随后详细阐述了提高植物基因组定点编辑效率的策略,最后对基因组编辑技术在农业和植物基因工程上的应用进行了展望.     

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。     

重组酶介导的定点整合及在构建重组CHO细胞中的应用

中国仓鼠卵巢细胞(Chinese hamster ovary cells,CHO)是生产治疗性重组蛋白最常用的细胞。随机整合(random integration,RI)工艺是目前构建重组CHO细胞株的主要策略,由于CHO细胞基因组缺乏稳定性,为得到产量高、品质好且适应特定工艺的细胞株,通常需要1~2轮高通量筛选,不仅工作量大、耗时长且批次稳定性差。定点整合(site-specific integration,SSI)基因编辑技术将外源基因整合至细胞基因组的特定位点,经一轮筛选得到稳定、高产且适应特定生产工艺的细胞株,从而缩短细胞株构建周期。近年来,不断有将定点整合策略应用于构建重组CHO细胞株的报道。基因编辑技术的发展是实现细胞外源基因定点整合工艺的基础,常用的基因编辑技术包括核酸酶技术、转座子技术和重组酶技术。比较这三种基因编辑技术在构建流程、整合效率和专利等方面的不同特点,重点讨论重组酶介导的定点整合及其在CHO细胞株构建中的应用。     

遗传修饰技术在绵羊分子设计育种中的应用

利用遗传修饰技术可以使动物在遗传水平发生改变,实现在个体内表达外源基因或对其内源基因的功能造成影响.在动物育种中,可以利用遗传修饰技术在分子水平进行设计并实现品种的快速改良.从传统的遗传修饰技术、病毒载体、精子载体等介导的遗传修饰技术到新型人工核酸酶介导的基因编辑技术,尤其是CRISPR/Cas9为代表的人工核酸酶的运...     

基因修饰技术研究进展

基因修饰技术是用于基因组定点改造的分子工具,目前主要有锌指核酸酶(ZFN)技术、转录激活子样效应物核酸酶(TALEN)技术和CRISPR-Cas核酸酶(CRISPR-Cas)技术。这些核酸酶都可以在DNA靶位点产生双链断裂(DSB),诱发细胞内源性的修复机制,激活体内非同源末端连接(NHEJ)或同源重组(HR)两种不同的修复机制,从而实现内源基因的敲除或外源基因的定点敲入。近年来,基因修饰技术已成功应用到细菌、酵母、人类细胞、果蝇、斑马鱼、小鼠、大鼠、家畜、食蟹猴、拟南芥、水稻、烟草、玉米、高粱、小麦和大麦等多种生物,显示了其强大的基因编辑优势。特别是新近出现的CRISPR-Cas9技术,降低了成本,使基因编辑变得简洁、高效和易于操作,得到了很多研究人员的关注。本文系统介绍了以上3种技术的原理及最新研究进展,并对未来的研究和应用做出了展望。     

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.     

CRISPR-Cas系统在植物基因组编辑中的研究进展

基因组定点编辑技术是研究基因功能和生物体改造的重要工具。CRISPR-Cas(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats and CRISPR-associated proteins)系统是近年来发展的一种新型基因组编辑技术,该技术通过一段向导RNA和配套的核酸酶就可对特定的基因组序列进行定点编辑,具有简单高效、应用广泛的特点,受到了生物学家的广泛关注。本文着重介绍CRISPR-Cas系统在植物中的研究进展,包括CRISPR-Cas9系统在植物中的应用与完善、扩大基因组编辑范围的研究、Cas9切口酶和失活酶的拓展、特异性单碱基突变编辑系统的研究、无外源DNA污染的植物基因编辑技术的发展以及基因组编辑技术在作物育种上的应用等方面。同时也提出了还需解决的问题,并展望了基因组编辑系统在作物育种中的应用前景,为开展这一领域的研究工作提供参考。     

基因组编辑技术在昆虫功能基因组研究中的应用

基因组编辑技术是在生物基因组水平上对靶标序列进行定点编辑的一种重要手段。近年来,锌指核酸酶技术(ZFNs)、类转录激活因子核酸酶技术(TALENs)、成簇且规律间隔的短回文重复序列和相关Cas蛋白的DNA核酸内切酶系统(CRISPR/Cas)等基因组编辑技术的相继问世,为功能基因组的研究提供了有效的实验手段。这3种基因组编辑技术的基本工作原理都是通过定点切割基因组DNA双链,从而诱导内源性的修复机制产生定点突变。通过介绍这3种技术的国内外研究现状及发展趋势探讨了基因组编辑技术在昆虫科学中的应用发展前景。     

利用人工锌指蛋白核酸酶进行植物基因定点突变和置换

基因定点突变技术在基因组原位改变基因特定序列,避免常规转基因过程中位置效应和插入失活。定点突变生物体不含转基因或标记基因,降低风险性。高等植物基因定点突变研究初见端倪,将可能为基因原位功能研究、作物遗传改良和分子设计提供有效策略。利用锌指蛋白核酸酶（Zinc Finger Nucleases, ZFN）引入DNA定点断裂（Double-Strand Breaks, DSBs）可以高效介导基因定点突变,使得ZFN在基因定点突变中倍受关注。文章综述了植物基因定点突变的一般策略,重点介绍了锌指蛋白的结构、原理、应用,特别是ZFN介导的植物基因定点突变与置换研究进展,并对ZFN介导的植物基因定点突变与置换应用前景进行了讨论。