CRISPR/Cas9基因组定点编辑技术在病毒性及遗传性疾病治疗中的应用及其进展

第3代基因组定点编辑技术(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat(CRISPR,成簇规律间隔短回文序列))介导的Cas9核酸酶系统,已被用于真核细胞的基因组编辑和基因修饰。CRISPR/Cas9技术有许多潜在的应用,包括对人类基因组进行编辑以治疗遗传缺陷疾病或基因突变疾病;删除病原体基因(如细菌基因组或病毒基因组),消灭病原体,达到消除传染性疾病的目的;也可用于农业生产(包括植物和动物的基因)中农作物的改造。综述基因组定点编辑技术CRISPR/Cas9在病毒感染性疾病和遗传缺陷性疾病中的应用文献,并对其研究进展作了分析。

基因组定点编辑技术的研究进展

基因组编辑是建立在基因靶向修饰的基础上,对生物基因组进行改造的一项新技术。通过利用人工核酸酶ZFn、TALEN和细菌获得性免疫系统CRISPR,可在靶位点制造DNA双链切口进而诱导细胞内源性修复机制,通过同源重组修复或非同源末端连接途径实现基因敲除、替换和纠正。对目前3个主要的基因组定点编辑技术的应用和发展作一综述。

利用CRISPR-Cas9系统进行水稻OsMADS15基因的定向编辑

CRISPR-Cas9系统的发现和应用为快速、定向的植物基因组编辑、突变体创制和开展植物功能基因组研究提供了新的技术工具。在本研究中,我们利用CRISPR-Cas9系统,对水稻A类MADS-box转录基因Os MADS15进行定点基因组编辑。结果显示,该体系在T_0代即获得3个不同的9522^(Osmads15)双等位突变株系:株系9522^(Osmads15-1)等位1在靶点缺失1个碱基A,等位2在靶点缺失3个碱基ACA;株系9522^(Osmads15-2)等位1在靶点缺失5个碱基CAACA,等位2在靶点缺失3个碱基CAA;株系9522^(Osmads15-3)等位1在靶点缺失1个碱基A;等位2发生了大片段的替换。所有株系等位1的突变均造成了开放阅读框移码,导致翻译提前终止;等位2的突变也使氨基酸序列发生不同程度的变化。初步的表型分析显示,9522^(Osmads15)突变体小穗不育外稃变长如叶状,并表现出生殖生长向营养生长的转变;与已报道的中籼3037^(dep)突变体表型不同,除9522^(Osmads15-2)株系外,其他2个株系内稃及生殖器官也有向叶片转换的趋势。q RT-PCR分析显示,3个突变株系的Os MADS15转录本水平显著降低。因此,本研究对Os MADS15基因第一外显子区域的靶点进行了高效的定点编辑,获得的9522^(Osmads15)突变体为进一步开展OsMADS15调控水稻小穗发育的遗传学和调控网络研究提供了新的遗传材料。

CRISPR/Cas9技术在植物基因功能研究和新种质创制中的应用与展望

基因组定点编辑是利用人工核酸酶,对复杂生物基因组特定位点快速而精确地进行遗传改造的一项新技术.尤其是最近从细菌和古细菌的获得性免疫防御反应中改造而来的CRISPR/Cas9系统,因其简单、廉价、高效以及通用的特性,目前已经广泛地应用于植物、动物、微生物等各种生物体和细胞的基因功能和应用研究中.CRISPR/Cas9系统的原理在于其携带的Cas9核酸酶—RNA导向的ds DNA结合蛋白,能够在靶位点对双链DNA进行定点切割,随后引发的非同源末端连接或者同源重组修复,导致了靶位点DNA的缺失、插入、替换甚至染色体大片段重排.本文对CRISPR/Cas9技术的作用机理和应用进行概括,侧重于模式植物和农作物的最新进展,探讨这一新型基因组定点编辑技术在植物基因功能研究和新种质创制中的进一步发展.

CRISPR/Cas9技术及其在转基因动物中的应用

CRISPR/Cas9技术是一种新型的基因组定点编辑技术,具有设计简单、特异性强、效率高及可以在目标位点产生多种类型的编辑结果等特点,适用于在多种细胞中进行大规模的基因编辑。综述了CRISPR/Cas9技术的研究背景、基本原理和研究进展,从靶基因敲除(knock-out)、外源基因整合(knock-in)和目标基因转录沉默(knock-down)等方面总结了CRISPR/Cas9在转基因动物中的应用概况,并对现有的三种基因组定点编辑技术进行了比较。CRISPR/Cas9技术在转基因动物中具有明显的应用优势和良好前景。