基于CRISPR/Cas系统的多重基因编辑与调控技术

规律成簇的间隔短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR)及其相关Cas蛋白所构建的CRISPR/Cas系统是古细菌或细菌中特有的一种获得性免疫系统。研究人员将其开发成基因编辑工具之后,凭借其高效、精准和通用性强等优点迅速成为合成生物学领域的热门研究方向,在生命科学、生物工程技术、食品科学及农作物育种等多个领域引发了革命性的影响。目前基于CRISPR/Cas系统单基因编辑与调控技术日益完善,但在多重基因编辑和调控方面仍存在挑战。本文聚焦基于CRISPR/Cas系统的多重基因编辑与调控技术开发及应用,针对单个细胞内实现多位点基因编辑或调控和细胞群体内实现多位点基因编辑或调控技术,依据作用原理对其进行了系统总结和阐述,包括基于CRISPR/Cas系统的双链断裂、单链断裂以及多重基因调控技术等。这些工作丰富了多重基因编辑与调控的工具,为CRISPR/Cas系统在多领域的应用作出了贡献。     

谷氨酸棒状杆菌启动子在枯草芽孢杆菌中的克隆及其序列分析

利用枯草芽孢杆菌启动子探针质粒pPL 603为载体,从谷氨酸棒状杆菌1014—6染色体DNA上克隆到一个有较强启动功能的DNA片段。生物素标记的DNA—DNA分子杂交实验证明该片段确实来自谷氨酸棒状杆菌1014—6染色体DNA。在绘制该片段限制酶酶切图谱的基础上,经另一个启动子探针质粒pPL 703的亚克隆,将其启动子功能区定位在Bamm酶切片段中。对后者进行了核苷酸序列分析,发现它具有棒状杆菌类启动子的－35区和－10医序列。     

植物乳杆菌谷氨酸脱羧酶催化pH范围的理性改造及高效转化生产g-氨基丁酸

γ-氨基丁酸可由谷氨酸脱羧酶(glutamate decarboxylase, GAD)催化谷氨酸一步合成,反应体系成分简单、环境友好。然而,绝大多数GAD酶催化pH偏酸性且反应范围狭小,需要加入无机盐维持最适催化环境,增加了生产附加成分。此外,随着产物γ-氨基丁酸的生成,溶液pH会逐渐上升,不利于GAD酶的持续转化。本研究首先从实验室保藏的一株高产γ-氨基丁酸的植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)中克隆得到谷氨酸脱羧酶LpGAD,基于酶蛋白表面电荷修饰,选择9个位点进行定点突变及组合突变,酶学性质表征结果显示三突变体LpGAD^{S24R/D88R/Y309K}在催化pH区间内酶活力整体提高,尤其拓宽了在偏中性pH 6.0下的酶活,为野生酶的1.68倍。接下来,通过分子动力学模拟解析了酶活提高的机理。此外,将Lpgad与Lpgad^{S24R/D88R/Y309K}突变基因分别在谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum) E01中过表达,通过优化确定了摇瓶最适转化条件为反应温度40 ℃,菌体量OD₆₀₀=20,底物L-谷氨酸100.0 g/L,5-磷酸吡哆醛添加量为100 μmol/L。5 L发酵罐中,不调节pH,通过分批投料底物L-谷氨酸,γ-氨基丁酸产量高达402.8 g/L,较对照菌株提高了1.63倍。本研究成功拓宽了LpGAD的pH催化范围及酶活,提高了γ氨基丁酸的转化效率,为实现其规模化工业生产奠定了基础。     

导读

得益于基因组测序技术的快速发展,生命科学已经进入后基因组时代.许多重要农作物的全基因组测序工作已经完成公布,如何快速高效地评估验证基因的生物学功能是将这些理论知识转化为生产应用的关键.自1943年德国植物学家Friedrich Laibach首次提出将十字花科拟南芥(Arabidopsis thaliana)作为模式植物以来[1],全球科研团队先后对这一物种展开大量的基础性研究,并逐步积累建成了一个规模庞大、功能齐全的基因组数据库(The Arabidopsis Information Resource,TAIR).     

R-loop的调控及其生理功能

R环（R-loop）是一种DNA∶RNA杂合链（DNA∶RNA hybrids）,由一条RNA单链侵入双链DNA,与其中一条DNA模板链结合,从而释放出一条DNA单链而产生。R-loop在细胞生命活动中扮演着重要角色,与基因组稳定性、转录调控,以及表观修饰等重要生物学过程有着密不可分的关系。很多因素参与对R-loop的调控,例如RNA转录和加工、染色体的修饰、DNA损伤反应等;同时,许多酶蛋白,如核糖核酸酶、解旋酶和拓扑异构酶等也参与调节细胞内的R-loop水平。了解R-loop的调控机制及其生物学功能有助于更好地理解基因组稳定性的维持机制,为治疗骨髓增生异常综合征、白血病、乳腺癌、前列腺癌等疾病开拓新思路。     

谷子及其根际土壤微生物群落对铬胁迫的响应机制

重金属铬(Cr)污染对农田中农作物产生毒害作用并破坏土壤微生物群落稳态,但不同农作物及其根际土壤微生物群落对Cr胁迫的响应机制均有所差异。该研究在时间序列上分析Cr胁迫对谷子(正名:粱, Setaria italica)长势、谷子差异表达基因(DEGs)的功能途径及土壤微生物群落结构和功能等方面的影响,阐明谷子及土壤微生物群落的响应机制,为Cr胁迫下的谷子生长及污染土壤的生态修复治理提供理论依据。基于室内盆栽实验,以谷子幼苗和种植谷子的土壤为实验材料,在Cr胁迫前(CK)及胁迫后6 h和6 d (Cr＿6h、Cr＿6d)的时间序列上分别进行样本采集,同时测量幼苗生理性状指标及土壤理化指标。通过转录组分析,研究Cr胁迫时间序列上谷子幼苗基因表达及所富集的功能途径的变化趋势;通过高通量测序分析,研究Cr胁迫时间序列上土壤微生物群落结构、物种多样性、群落功能的动态变化过程及与土壤理化性质的相关性。结果发现:1)转录组分析结果表明Cr胁迫诱导基因表达上调(上调DEGs 54%); Gene Ontology (GO)富集分析表明DEGs在CK和Cr＿6h、Cr＿6h和Cr＿6d样本对中与光合作...     

基于单细胞测序构建胶质母细胞瘤预后模型

[目的]基于单细胞测序筛选胶质母细胞瘤特征基因并构建预后模型。[方法]分析GEO数据库单细胞RNA测序数据集GSE84465,筛选出GBM细胞分化相关的差异基因。下载TCGA数据库GBM的基因表达谱和临床数据,采用Lasso回归、Cox回归分析筛选出特征基因构建预后模型,根据独立预后因素构建列线图,GSE83300作为外部验证集。基于风险评分中位数将患者分组,比较两组生存差异。[结果]通过scRNA-seq得到492个分化差异基因,经过回归分析得到基于6个基因(PLAUR、RARRES2、G0S2、MDK、SERPINE2、CD81)的预后模型。其1、3、5年ROC曲线下面积均大于0.7;KM分析显示高低风险组预后存在差异(P<0.001),GSE83300验证结果与TCGA一致。多因素Cox回归分析表明年龄和风险评分可以作为独立影响因素(P<0.01);C-Index(0.679)、校准图显示列线图预测模型有良好的拟合度。GSEA分析示高低风险组差异基因集参与细胞因子受体相互作用、抗原处理与提呈等通路。[结论]由PLAUR、RARRES2、G0S2、MDK、SERPINE...     

人类Y染色体常染色质部分DNA YAC重叠克隆构建

人类基因组研究的目标在于人类基因组全部DNA的核苷酸顺序的测定,及在此基础上的对所有基因的编码及其生化功能的研究。全基因组DNA的完全的物理图谱构成,包括全基因组DNA的大片段克隆,及覆盖完整基因组的克隆重叠排序是达成这一目标的首要步骤。     

直接前方入路与后外侧入路全髋关节置换治疗股骨颈骨折的疗效比较及术后髋关节功能的影响因素分析

摘要 目的：比较直接前方入路与后外侧入路全髋关节置换治疗股骨颈骨折的疗效及术后髋关节功能的影响因素分析。方法：选取2019年5月至2021年12月徐州医科大学附属医院收治并行全髋关节置换治疗股骨颈骨折患者96例,按照手术方法的不同分为直接前方入路组（n=48）和后外侧入路组（n=48）。观察两组围术期指标、并发症发生情况,比较两组治疗前后Harris评分、视觉模拟评分法（VAS）。并应用单因素、多因素Logistic回归分析患者术后髋关节功能的影响因素。结果：直接前方入路组下床时间、切口长度、住院时间显著短于后外侧入路组,术中失血量、术后引流量显著低于后外侧入路组,而手术时间显著长于后外侧入路组（P<0.05）。直接前方入路组术后1、3个月Harris评分显著高于后外侧入路组,VAS评分显著低于后外侧入路组（P<0.05）。两组术后并发症发生率比较,无统计学差异（P＞0.05）。两组治疗6个月后髋关节功能优良率比较,差异无统计学意义（P>0.05）。多因素Logistic回归分析结果显示：体质量指数≥24 kg/m²、术后锻炼时间<3 h/d、合并骨质疏松是接受全髋关节置换治疗的股骨颈骨折患者术后髋关节功能不良的危险因素（P＜0.05）。结论：直接前方入路全髋关节置换术较后外侧入路全髋关节置换术短期内优势明显,表现为对患者的创伤更小,术后疼痛程度较轻,有利于患者的髋关节功能恢复。体质量指数≥24 kg/m²、术后锻炼时间<3 h/d、合并骨质疏松是接受全髋关节置换治疗的股骨颈骨折患者术后髋关节功能不良的危险因素。     

不同剂量右美托咪定联合超声引导下多点髂筋膜间隙阻滞在老年全髋关节置换术中的应用效果分析

摘要 目的：探讨超声引导下多点髂筋膜间隙阻滞联合不同剂量右美托咪定在老年全髋关节置换术（THA）中的应用效果。方法：选取2019年11月-2022年12月北京积水潭医院贵州医院择期行THA的老年患者120例,按照随机数字表法分为A组（n=40）、B组（n=40）、C组（n=40）,三组均接受超声引导下多点髂筋膜间隙阻滞治疗,在此基础上,A组、B组、C组分别给予0.5 μg/kg、1.0 μg/kg、1.5 μg/kg右美托咪定注射液。对比三组临床指标、血流动力学指标、应激反应指标、脑神经损伤情况,观察三组围术期间不良反应发生情况。结果：B组、C组的阻滞消退时间、拔管时间长于A组,首次下床时间短于A组（P<0.05）。B组、C组的阻滞消退时间、拔管时间、首次下床时间对比无差异（P>0.05）。三组麻醉诱导后即刻（T1）~手术结束时（T3）时间点心率（HR）、平均动脉压（MAP）升高后降低（P<0.05）。B组、C组的T1~T3时间点HR、MAP均低于A组,且B组低于C组（P<0.05）。三组T3时间点皮质醇（Cor）、白介素-6（IL-6）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）升高（P<0.05）。B组、C组的T3时间点Cor、IL-6、TNF-α均低于A组,且B组低于C组（P<0.05）。B组、C组的T3时间点中枢神经特异性蛋白（S100β）均低于A组,且B组低于C组（P<0.05）。B组、C组的T3时间点脑源性神经生长因子（BDNF）均高于A组,且B组高于C组（P<0.05）。三组不良反应发生率组间对比无差异（P>0.05）。结论：超声引导下多点髂筋膜间隙阻滞联合1.0 μg/kg右美托咪定在THA中具有更好的麻醉效果,可缩短首次下床时间,减轻机体应激反应、血流动力学波动以及脑部神经损伤。