一种用于提高基因打靶效率的双荧光筛选策略

同源重组介导的基因打靶技术因其准确性高、引入的突变可以预测,已经成为功能基因组研究的重要工具。但是在真核生物体内,天然同源重组的概率极低,对后续的筛选和鉴别造成很大困扰。因此,建立一个广谱性的高效筛选策略极为重要。研究基于"双荧光"的可视化筛选,通过提高筛选效率,从而建立了一种显著提高同源重组打靶效率的新策略。该策略以绿色荧光蛋白基因和新霉素基因为正筛选标记,以红色荧光蛋白基因为负筛选标记。经过G418筛选后,挑取仅表达绿色荧光蛋白的抗性克隆,用于跨界PCR检测。研究尝试运用上述新策略,借助CRISPR/Cas9技术,对猪肌抑素基因进行同源重组介导的基因打靶。在选取的T1和T2两个靶位点处,"双荧光"策略筛选的细胞阳性率分别达到80.5%和86.7%,筛选效率得到显著提高。研究建立的"双荧光"可视化筛选策略具有高效性和广谱性,在动物基因编辑领域具有广阔的应用前景。     

利用CRISPR/Cas9技术产生肌肉特异表达Cas9的小鼠胚胎

目的通过CRISPR/Cas9技术获得肌肉特异性表达Cas9蛋白小鼠胚胎,为建立肌肉特异表达Cas9小鼠动物模型奠定基础。方法设计小鼠Rosa26位点sgRNA并通过体外酶切验证活性,同时使用同源重组构建肌肉特异性同源打靶载体;通过显微注射将Rosa26sgRNA与Cas9蛋白注射到小鼠胚胎,通过PCR及测序检测胚胎的编辑情况,同时移植到假孕母鼠体内,待其生产;将同源打靶载体与Rosa26sgRNA和Cas9一起注射到小鼠胚胎,通过PCR检测整合情况。结果体外酶切实验表明,体外转录的sgRNA与Cas9蛋白联合可对靶位点产生编辑作用;成功构建了肌肉特异性同源打靶载体Donor-SP-px459;通过原核注射获得Rosa26基因编辑胚胎,经移植获得Rosa26基因编辑小鼠;注射同源打靶载体后,成功获得肌肉特异表达Cas9蛋白的基因打靶小鼠胚胎。结论利用CRISPR/Cas9技术,成功获得Rosa26基因编辑胚胎和小鼠,并获得了肌肉特异性表达Cas9蛋白小鼠胚胎,为利用基因打靶构建肌肉特异表达Cas9的小鼠动物模型奠定基础。     

基因组编辑技术中供体DNA类型及选择北大核心CSCD

基因组编辑技术能够实现基因组的精确修饰和改造,是后基因组时代研究基因功能和遗传信息的主要手段。传统的基因打靶技术通过低效率的细胞自发同源重组实现目的基因的定点修饰。真核细胞中DNA双链断裂介导的同源重组效率远高于自发同源重组,利用人工核酸内切酶特异性地在基因组靶序列处引入双链断裂,通过提供适当形式的、含有一定长度同源臂的供体DNA,能够实现相对高效的基因组靶向编辑。本文系统总结了环状质粒、线性化质粒、聚合酶链式反应产物及单链寡聚脱氧核苷酸4种类型的供体DNA在基因组精确编辑研究中的应用及候选原则,以期为以后相关研究中供体DNA的选择、设计提供参考和借鉴。     

基因组编辑技术中供体DNA类型及选择

基因组编辑技术能够实现基因组的精确修饰和改造,是后基因组时代研究基因功能和遗传信息的主要手段。传统的基因打靶技术通过低效率的细胞自发同源重组实现目的基因的定点修饰。真核细胞中DNA双链断裂介导的同源重组效率远高于自发同源重组,利用人工核酸内切酶特异性地在基因组靶序列处引入双链断裂,通过提供适当形式的、含有一定长度同源臂的供体DNA,能够实现相对高效的基因组靶向编辑。本文系统总结了环状质粒、线性化质粒、聚合酶链式反应产物及单链寡聚脱氧核苷酸4种类型的供体DNA在基因组精确编辑研究中的应用及候选原则,以期为以后相关研究中供体DNA的选择、设计提供参考和借鉴。     

Myostatin基因打靶载体的构建及猪胎儿成纤维细胞Myostatin基因的敲除

目的:用缺口修复等技术构建Myostatin(肌肉生长抑制素,MSTN)基因打靶载体,并对大白猪胎儿成纤维体细胞进行转染,获得基因敲除细胞。方法与结果:首先构建用于MSTN基因同源长臂(LA)的抓捕载体,然后在大肠杆菌内利用Red同源重组系统介导的缺口修复,从含大白猪MSTN基因座的细菌人工染色体上亚克隆9.9 kb的LA到抓捕载体上,经过部分序列测定,同源性为100%;通过PCR获得1.4 kb的同源短臂(SA);将LA和SA连入载体pLOXP,构建含有neo和tk正负筛选标记基因的MSTN基因打靶载体pLOXP-MSTN-KO;将线性化的pLOXP-MSTN-KO通过电转染整合到大白猪胎儿成纤维细胞基因组中,利用G418和丙氧鸟苷进行药物筛选,获得抗性细胞克隆890个,通过PCR和DNA测序鉴定获得基因敲除的细胞克隆4个。结论:构建了有效的MSTN基因打靶载体,通过转染获得基因敲除细胞,为利用体细胞核移植制备MSTN基因敲除猪奠定了基础。     

植物基因打靶效率的研究进展

基因打靶技术是将外源DNA定向整合入基因组中对特定基因进行精确修饰,从而改变生物遗传性状的技术。它在特定基因功能研究、遗传育种和生理机制的理解方面有着重要意义,但植物中较低的基因打靶效率制约着它的进一步推广和应用。本文着重从载体构建、筛选策略、受体细胞状态等方面对打靶效率的提高进行分析,并介绍同源重组酶系、锌指核酶和寡核苷酸技术在基因打靶中的应用。     

利用Red同源重组系统构建兔次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶基因打靶载体

利用EL350基因工程菌进行同源重组,成功进行基因敲除已有报道,但利用该系统进行兔次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(Hypoxanthine guanine phosphoribosyl transferase,HPRT)基因突变和基因打靶方面的研究还没有报道。本实验首先在已经筛选到含有兔全长HPRT基因BAC克隆（LBNL1-304M19）的基础上,利用Red重组系统,通过Gap-Repair方式从此克隆上将一段47Kb无启动子的HPRT基因组片段（不含有第1个外显子）克隆到pBACLinkSp质粒上,产生pBACLinkSp-rHPRT质粒。然后基于pBACLinkSp-rHPRT质粒,设计不同的同源臂,从而删除了HPRT基因的不同编码区,成功构建了三个不同的HPRT基因打靶载体。同时对利用同源重组技术敲除不同大小的DNA片段的效率进行了研究。基于本实验所构建的三个不同的兔HPRT基因打靶载体,为探索兔成纤维细胞和胚胎干细胞基因打靶的适宜条件,及进一步获得兔HPRT基因敲除动物疾病模型奠定了基础。     

《细胞研究》：世界首个PPARγ基因敲除猪诞生

中国科学院广州生物医药与健康研究院赖良学教授领导的研究团队与美国密歇根大学心血管研究中心陈育庆教授领导的研究团队合作,首次将锌指核酸酶基因打靶技术应用于猪内源性基因敲除研究,成功敲除了猪内源性PPARγ基因。此研究在世界上首次建立了对糖尿病和心血管并发症的研究有重要应用价值的PPARγ基因敲除猪模型。研究成果于2011年4月19日在线发表于国际著名期刊《细胞研究》（Cell Research）上。目前,敲除大动物的内源性基因只有通过体细胞基因敲除结合克隆技术才能够实现。由于体细胞基因敲除效率极低,     

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.     

体细胞基因打靶制备动物乳腺生物反应器的策略与应用

在转基因动物研究中,由于基因表达调控元件的人工拼接和外源基因在动物基因组中随机整合所带来的“位置效应”,致使转基因动物外源基因的表达水平不高并且差异较大。为此,利用定位整合优势,对以基因同源重组为基础的基因打靶技术进行了大量研究。介绍了就利用体细胞基因打靶和核移植技术制备动物乳腺生物反应器的策略和应用情况做一综述,并对提高基因打靶效率的各种策略,打靶细胞的选择,转基因细胞核移植的低融合事件以及基因打靶制备乳腺生物反应器的优越性进行分析。     

基因编辑技术在大肠杆菌中的应用

利用基因编辑技术对大肠杆菌基因组进行改造可以研究基因功能,或改变其代谢途径大量生产原本成本较高的产物,从而获得可以生产特定产物的遗传稳定性工程菌株.目前可以对细菌基因组编辑的方法有Red同源重组、CRISPR/Cas9技术等.Red同源重组是比较传统的基因编辑技术,应用广泛,但编辑效率受整合片段大小的限制,基因编辑过程...     

基因打靶及其应用

用活细胞染色体DNA可与外源性DNA同源序列发生同源重组的性质,达到定点修饰改造染色体某基因的目的,此法称基因打靶．基因的同源重组是较普遍的生物现象,其分子机理尚未阐明,但活细胞内确有一酶系可使DNA的同源序列在细胞内发生重组,这一事实已无可争辨．此事实为基因打靶的理论基础．基因打靶技术操作的关键是建立一含筛选基因的重组载体,并有效地把它转入细胞核内．基因打靶命中的细胞可稳定遗传．基因打靶在改造生物品种,一些复杂生命现象（如发育的分子机制等）及临床理论研究均有广阔的前景．     

动物基因敲除研究的现状与展望

基因打靶技术是建立在胚胎干细胞和同源重组技术之上,可对基因组进行定位修饰的实验方法,尤其可以在转基因动物的遗传性状修饰中起到巨大的作用。本文简述了转基因、体细胞克隆和基因打靶的研究历史,以及这些技术对转基因动物制备的影响和展望。     

马尔尼菲青霉基于pkuB基因缺失的高效基因打靶系统构建

马尔尼菲青霉是温度依赖双相性条件性致病真菌,可感染免疫缺陷人群,区域流行于东南亚和我国南方。马尔尼菲青霉已成为研究真菌双相形态转换和病原-宿主相互作用分子机制的模式系统。功能基因组学研究为深入探讨马尔尼菲青霉双相转换和致病分子机制提供了线索,大量的候选基因功能需要高通量的基因修饰方法验证。在许多真菌中已建立基于阻断DNA非同源重组修复途径提高基因打靶效率的实验研究模型。本文报道在马尔尼菲青霉中通过缺失马尔尼菲青霉非同源重组修复途径的关键组分PKUB同源基因pkuB构建了一个高效基因打靶系统。结果表明,以pkuB基因缺失菌株(△pkuB)为出发菌株能降低外源DNA片段的非同源末端连接重组的概率而显著提高基因打靶效率,pkuB基因缺失不影响菌落形态和双相转换能力。高效基因打靶分子遗传实验模型的建立为大规模进行马尔尼菲青霉基因功能研究提供了有力的工具。     

利用Red同源重组系统进行牛β酪蛋白基因敲除

利用EL350基因工程菌进行同源重组, 成功进行基因敲除已有报道, 但利用该系统进行乳腺生物反应器质粒构建的研究却未见报道。实验采用含有完整的牛b 酪蛋白基因的CSN2质粒作为基因打靶的载体, 设计不同的同源臂, 成功地敲除了b 酪蛋白基因的编码区。并且同时利用同源重组技术对敲除不同大小的DNA片段的效率进行了研究。为进一步利用CSN2质粒两端的调控序列, 插入新的基因, 研究其表达功能, 或者进行乳腺生物反应器的研究奠定了基础。     

高效重组痘苗病毒天坛株载体系统的建立

以痘苗病毒为载体的溶瘤病毒作为癌症治疗的新方向效果显著。同时,痘苗病毒还可以作为疫苗载体抵抗HIV、H5N1等病毒感染。因技术限制,重组痘苗病毒主要通过同源重组的方法获得,但此方法获得重组病毒的效率较低。随着CRISPR(Clustered regularly interspaced short palindromic repeat)-Cas9技术成功应用于多种动物、组织和细胞的基因编辑中,本研究拟利用CRISPR-Cas9技术建立高效重组痘苗载体系统。本研究首先构建了三个靶向痘苗病毒天坛株TK区的gRNA-Cas9的质粒以及重组质粒pJ2R-EGFP,通过瞬时转染gRNA-Cas9或建立gRNA-Cas9稳定细胞系后,导入重组质粒pJ2R-EGFP并感染VTT,获得表达EGFP的重组病毒。此高效重组痘苗病毒载体系统的重组效率比传统的同源重组方法大大提高。因此,本研究建立的高效痘苗病毒载体重组系统,为其在疫苗载体构建、肿瘤免疫治疗等方面提供参考价值。     

克隆猪技术及其在转基因猪研究中的应用

哺乳动物核移植技术是一种可以获得基因组遗传信息完全相同的后代的生物技术。猪体细胞核移植技术包括以下几个环节：卵母细胞的体外成熟、供体细胞的分离和处理、体细胞的核转移、重构胚胎的人工激活、胚胎体外培养和胚胎移植。由于该技术在最近几年的迅速发展,很多实验室已通过该技术成功获得了克隆猪后代。核移植克隆猪技术的出现为生产转基因猪提供了一种有效的方法,并且是目前生产基因打靶猪的惟一方法。至今利用克隆猪技术已经成功获得了一系列的转基因猪和基因敲除猪。以核移植技术产生基因修饰猪目前正处于从基础研究走向应用的过渡阶段。尽管猪体细胞核移植克隆的效率（出生克隆猪数占所用卵数的比例）还不高,但是由于通过该技术能够对猪基因组进行特定的修饰,确保生产的克隆动物100％为转基因动物,从而大大提高了转基因猪的制作效率,可以预料猪核移植技术将会对医药业和农业产生重大的影响。     

体细胞基因打靶-核移植技术研究进展

转基因效率与外源基因表达水平低的现状一直是制约动物生物反应器研究与产业化的主要技术瓶颈。体细胞克隆动物的成功和胚胎干细胞基因打靶技术的逐步完善使得体细胞基因打靶与核移植技术的结合使用成为可能,这就为生产遗传修饰家畜提供了一种新的手段,为动物生物反应器的成功研制提供了新的技术途径。从体细胞基因打靶的载体设计、转染系统的建立、中靶细胞的筛选和鉴定以及培养体细胞寿命等方面阐述了体细胞基因打靶—核移植技术体系的最新研究进展,并对其在异种器官移植、建立动物疾病模型、提高家畜生长性能以及生产药用蛋白等各个领域中的应用前景作了展望 。     

在体细胞中实现基因打靶

体细胞基因打靶比较常见的ES细胞打靶是一项新发展的技术。本就如何设计选择打靶载体以及打靶适用的细胞系进行了较为详细的介绍。设计打靶的其他一些相关问题譬如顺序打靶、是否需要纯合DNA、高效的同源重组亦有讨论,从而对体细胞基因打靶特别是ES细胞基因打靶有一比较全面的了解。