快速构建CRISPR/Cas9基因组靶向编辑系统

CRISPR/Cas9核酸酶作为一种新的基因组靶向编辑技术,已成功应用于多种动植物基因组修饰研究.CRISPR/Cas9作用后的阳性细胞筛选和富集是该技术的关键之一.本研究以鸡EAVHP(endogenous avian retrovirus-HP)基因和MSTN(myostatin)基因为例,从靶位点的选择、表达载体构建、双基因报告载体构建和核酸酶活性验证4个方面,系统研究了CRISPR/Cas9核酸酶技术平台.结果表明,利用寡聚核苷酸直接退火方法,构建表达载体和报告载体的阳性率分别高达100%和89.5%.报告载体的PuroR(puromycin resistant gene)和e GFP(enhanced green fluorescent protein)基因的成功表达表明,构建的CRISPR/Cas9系统能有效切割靶序列,并用于后续阳性克隆的筛选和富集.本方法摒弃了传统分子克隆的PCR扩增和酶切处理目标基因的方法,而是利用寡聚核苷酸直接退火获得含有黏性末端的目标DNA,简化了载体构建过程,低成本且快速获得CRISPR/Cas9基因组靶向编辑系统.

ZFNs、TALENs和CRISPR-Cas基因组靶向编辑技术及其在植物中的应用

锌指核酸酶(zinc-finger nucleases,ZFNs)、转录激活子样效应因子核酸酶(transcription activator-like effectors nucleases,TALENs)和RNA介导的CRISPR-Cas系统是当今三种主要的基因组靶向编辑技术,ZFNs和TALENs由特异性的DNA结合蛋白融合一个非特异性的核酸酶FokⅠ组成,DNA结合蛋白特异识别并结合靶DNA序列,然后在FokⅠ的作用下引起靶位点的DNA双链断裂(double strand breaks,DSBs);而CRISPR-Cas系统,则是由小分子向导RNA通过碱基互补配对与靶基因组序列结合,而引导Cas核酸酶切割靶位点而引起DSBs。DSBs通过真核细胞DNA修复机制(非同源末端连接和同源重组)进行修复,从而实现基因组靶向编辑。本综述着重介绍这三种技术的基本结构及其基因组靶向编辑的原理和特点,对三种技术在植物中的应用进展进行介绍并对其进一步的发展提出了展望。

CRISPR/Cas技术及其在发酵菌株上的应用

发酵菌株的改良在发酵工业生产上通常是一项非常重要的内容,而传统的驯化模式周期长、效率低、稳定性差且成本高,很难满足工业化快速生产的要求。规律成簇间隔短回文重复Cas(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/Cas,CRISPR/Cas)是细菌及古生菌中的一种适应性免疫系统,在此系统上改进的基因编辑技术能实行RNA导向的DNA精准编辑。因而利用CRISPR/Cas基因编辑技术对菌株的快速构建和优化,是一条快速获得高产菌株的新途径。本文综述了CRISPR/Cas系统组成、工作原理、分类以及该技术在发酵菌株上的应用研究进展,并探索了该技术存在的问题以及目前的解决办法,最后对CRISPR/Cas技术在发酵工程上的潜力进行了展望。