综述与专论: 基因编辑猪中条件性基因修饰系统的研究进展

条件性基因修饰能够使基因修饰事件在特定组织器官的特定时间内发生,可通过在动物中引入条件性基因缺失系统和条件性基因过表达系统来实现,在小鼠中已被广泛的应用于基因功能的研究。基因修饰猪在农业领域和生物学领域中均具有重要的应用价值。在生物医药领域,由于猪的体型、器官大小、生理、代谢以及寿命与人类具有很多的相似性,基因修饰猪既可用于基因功能的基础研究,也可用作人类疾病模型、异种移植的器官来源以及人类功能蛋白生物反应器。由于最近几年基因编辑技术的进展,使在猪体内引入基因表达条件性系统设想成为可能,构建基因表达条件性调控工具猪模型,将极大地推动其研究进展。本文综述了利用基因编辑技术,构建条件性修饰系统及基因修饰猪模型取得的进展。     

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.     

基因编辑技术在猪现代育种和动物模型构建中应用的研究进展

基因编辑技术是近几年兴起的一项能够对目标基因序列进行编辑的技术,该技术主要利用人工核酸酶实现对基因组上特定DNA片段的删除、插入或修饰。猪是我国优质的肉用型家畜,但随着人民生活水平的提高,对猪的需求也由过去的膘肥体重转变为能提供更优质的肉品,这就要求对猪的瘦肉率、肉质等主要经济性状方面进行育种改良,从而优化猪肉的蛋白质和脂肪含量。此外,由于猪在解剖学和生理学等方面与人类高度相似,可以用于疾病模型、药物筛选及致病机理的研究,基因编辑将在以上方面发挥显著的作用。利用基因编辑技术可以大大缩短猪在现代育种和疾病动物模型构建的时间,使猪在农业发展和生物医学研究中拥有更大的潜力。该文主要综述传统转基因技术和基因编辑技术在猪育种和动物模型构建中所采用的方法,并对比各种方法的优缺点,旨在为猪的育种和动物模型的构建提供理论依据。     

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.     

多元自动化基因组工程

基因组编辑技术在基因组工程研究中应用广泛,其中位点特异性核酸酶编辑技术和CRISPR/Cas系统在单基因编辑方面贡献卓越,但由于基因组的庞大,这些技术又有一定的局限性。多元自动化基因组工程(MAGE)是一种新型基因组编辑技术,可同时作用于多个基因,具有快速、高效的特点,已被用于大肠杆菌的基因敲除和基因替换。主要介绍了MAGE的原理、具体操作流程及技术进展,并结合MAGE技术的应用,讨论其发展趋势。     

基因编辑技术的发展及其在农业生产中的应用

对动植物和人类基因组的测序为功能基因组研究提供了基础数据。然而,核苷酸序列信息并不足以帮助我们了解特定的基因组元件的功能及其在表型形成中的作用。基因编辑技术能够在很大程度上解决这一问题,帮助人们快速获得新的基因组突变模式,从而以更便捷高效的方式进行功能基因组研究。对基因编辑的基本原理及常见的锌指核酸酶(ZFN)、转录激活因子样效应因子核酸酶(TALEN)和2013年出现的CRISPR/Cas9系统进行了回顾,讨论了基因编辑技术的应用历史,特别在农业应用方面,重点关注了CRISPR/Cas9系统在水稻基因编辑中的应用,阐述了CRISPR/Cas9在基因组编辑领域的问题和其他应用方面的困难,探讨了基因编辑工具在作物改良方面所面临的主要挑战和未来发展趋势。     

牛的基因编辑技术研究进展

基因编辑技术是对基因组进行定点修饰的一种新兴生物技术,主要包括锌指核酸酶(ZFNs)技术、转录激活因子样效应物核酸酶(TALENs)技术以及最新的CRISPR/Cas9技术,正在动植物育种、生物制药、基因治疗等方面发挥前所未有的影响力。本文总结了基因打靶技术及各种基因编辑技术的发展简史,重点介绍了基因编辑技术在抗病、改善奶品质、提高瘦肉率和去角等牛新品种培育领域的研究进展。最后提出建立基因编辑农业动物监管体系的建议,以期加快我国基因工程动物产业化。     

基因组编辑:植物生物技术的机遇与挑战北大核心CSCD

基于序列特异性核酸酶的基因组编辑技术可以在不同物种中对目标基因进行定点敲除,并可实现特定基因片段置换,基因的定点插入等基因组靶向修饰。基因组编辑是一种精准和高效的基因工程方法,近年来快速发展并得到了广泛的应用,并将改变生物技术的现状。目前,基因组编辑在不同植物,特别是农作物中的技术体系已建立,初步展示了其在植物生物技术领域的巨大潜力。介绍了不同基因组编辑系统的工作原理,并对基因组编辑技术在植物研究中的应用及成功案例进行了综述,最后对基因组编辑在植物生物技术领域所面临的机遇与挑战进行了讨论。     

基于体细胞克隆的猪基因打靶技术研究进展

基因打靶猪在农业和生物医药领域均有广泛用途。由于猪的能参与生殖系嵌合体的多能性干细胞尚未建立成功,基因打靶猪的培育主要是通过体细胞克隆技术来实现。最初,人们在体细胞上通过传统的同源重组技术成功地建立了基因敲除克隆猪,但体细胞在体外的增殖能力有限,传统同源重组在体细胞的打靶效率极低。虽经十多年的发展,但在世界范围内获得的基因打靶猪屈指可数。最近,三种工程核酸酶介导的基因编辑技术(ZFN、TALEN和CRISPR/Cas9)的出现,使体细胞的基因打靶效率大大提高。多个实验室将其用于猪,实现了高效基因打靶,并在很短的一段时间里,获得了一系列基因打靶猪。就传统同源重组技术以及近几年发展起来的新兴基因编辑技术在基因修饰猪的应用研究进展进行了综述。     

英国HorizonDiscovery公司用rAAV基因编辑技术与核酸酶技术抗衡

基因组编辑技术是指在基因组的特定位点改造基因的技术。可供选择的并非只有人工核酸酶。英国HorizonDiscovery公司就拥有利用病毒的基因编辑技术“GENESIS”。     

TALEN技术发展速度加快

6年前ZFN（锌指核酸酶）技术开始普及,3年前TALEN（转录激活子样效应因子核酸酶）技术崭新登场。从苍蝇开始,不断向线虫、人体干细胞、鱼类、植物和动物领域推广。基因组编辑效率不断提高。基因组编辑是指在基因组的特定部位编辑碱基序列信息,越来越受到重视。能够识别目标DNA碱基序列并切断双链DNA的人工核酸酶技术使得基因组编辑成为可能。     

基于CRISPR-Cas9新型基因编辑技术研究

高效、特异的目标基因组位点修饰一直是基因工程研究的重点和挑战。靶向基因编辑技术不仅能够有效地用于建立动物和细胞疾病模型、培育动植物新品种,并具有治疗诸多疾病的重大潜力。近年来靶向核酸酶技术的研究取得了重大进展,且逐渐成为基因编辑的主流工具,特别是规律成簇间隔短回文重复序列(CRISPR-Cas9)技术因其靶向编辑目的基因的特异性、高效性和设计的简便性等诸多优点,得到更为广泛的应用。在中国科学院干细胞先导专项的支持下,基因编辑技术攻关团队在进一步改造和应用CRISPR-Cas9技术方面取得了一系列成果,就此进行全方面的总结。     

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。     

谷氨酸棒杆菌基因编辑的研究进展

谷氨酸棒杆菌是生产氨基酸、有机酸等的重要菌株,广泛应用于食品、医药领域。利用基因编辑技术对谷氨酸棒杆菌进行基因功能研究,在提高目的产物产量、发现新的基因功能等方面有重要意义。近年来,基因编辑技术发展日新月异,从基于同源重组的传统基因编辑技术到以人工核酸酶介导的基因编辑均在谷氨酸棒杆菌中得到合理应用。其中,CRISPR技术以其快速、简便、编辑效率高等优点成为现阶段研究者用于改造谷氨酸棒杆菌的主要技术,但是更为简单、高效的编辑手段依旧需要进一步研究开发,以获得优良菌株应用于工业生产中。     

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。     

CRISPR⁃Cas9技术在植物次生代谢物生产中的研究进展

基因编辑（gene editing）技术可以对目的基因进行定点插入、敲除和置换。基于CRISPR-Cas9的基因编辑技术是继锌指核酸酶和转录激活样效应物核酸酶之后的第3代基因编辑技术。近年来,CRISPR-Cas9系统作为研究的热点被广泛应用于医学、药学、植物学、动物学和微生物学等领域,但其在植物次生代谢物领域的应用还处于探索时期。阐述了基于CRISPR-Cas9基因编辑技术的发展历程、工作原理和几种常用的基因编辑方法及其应用实例,总结了CRISPR-Cas9技术在对植物次生代谢产物研究方面的应用。利用CRISPR-Cas9系统可对植物基因组进行定点敲除、突变和插入,以达到提高植物次生代谢物含量、改良作物品质和提高植物抗性等目的。该技术已在植物次生代谢物生物合成关键酶基因的编辑等方面显示出越来越重要的作用。     

基因组编辑:植物生物技术的机遇与挑战

基于序列特异性核酸酶的基因组编辑技术可以在不同物种中对目标基因进行定点敲除,并可实现特定基因片段置换,基因的定点插入等基因组靶向修饰。基因组编辑是一种精准和高效的基因工程方法,近年来快速发展并得到了广泛的应用,并将改变生物技术的现状。目前,基因组编辑在不同植物,特别是农作物中的技术体系已建立,初步展示了其在植物生物技术领域的巨大潜力。介绍了不同基因组编辑系统的工作原理,并对基因组编辑技术在植物研究中的应用及成功案例进行了综述,最后对基因组编辑在植物生物技术领域所面临的机遇与挑战进行了讨论。