条件性定点基因捕获载体的构建

基因捕获是依赖于捕获载体的随机插入产生突变而进行基因功能研究的一类重要技术。由于传统捕获载体在捕获位点上的局限性,各种新型的捕获载体正在不断地被设计并应用于基因捕获技术。以PL-451为基础质粒,结合定点的重组酶识别位点LoxP及Frt序列,突变LoxP的1个碱基的LoxP511A和LoxP511B,SA位点以及不含启动子但有poly(A)的EGFP片断,构建了能够在捕获元件两侧克隆同源臂的条件性基因捕获载体,从而为实现可调控性基因捕获奠定基础。

人工锌指核酸酶介导的基因组定点修饰技术

锌指核酸酶(ZFN)由锌指蛋白(ZFP)结构域和Fok I核酸内切酶的切割结构域人工融合而成,是近年来发展起来的一种可用于基因组定点改造的分子工具。ZFN可识别并结合特定的DNA序列,并通过切割这一序列的特定位点造成DNA的双链断裂(DSB)。在此基础上,人们可以对基因组的特定位点进行各种遗传操作,包括基因打靶、基因定点插入、基因修复等,从而能够方便快捷地对基因组实现靶向遗传修饰。这种新的基因组定点修饰方法的突出优势是适用性好,对物种没有选择性,并且可以在细胞和个体水平进行遗传操作。文章综述了ZFN技术的研究进展及应用前景,重点介绍ZFN的结构与作用机制、现有的靶点评估及锌指蛋白库的构建与筛选方法、基因组定点修饰的策略,以及目前利用这一技术已成功实现突变的物种及内源基因,为开展这一领域的研究工作提供参考。

重组猪α干扰素基因定点突变及在大肠杆菌中的表达

用巨引物PCR法介导的定点突变把猪α干扰素 (PoIFN α)第 86位Cys(TGC)突变为Tyr(TAC) ,同时将其成熟蛋白N端第一个密码子TGT同义突变大肠杆菌偏爱的密码子TGC ,构建了大肠杆菌融合基因表达载体pGEX IFN ,表达产物占菌体总蛋白的 2 0 %。将以包涵体形式表达的目的蛋白经变、复性处理 ,并以FPLC进一步纯化 ,得到了具有较高生物活性的产物 (5 2 0 0IU mg)。

CRISPR/Cas9基因组编辑技术及其在动物基因组定点修饰中的应用

CRISPR/Cas系统是细菌和古生菌中抵抗外源病毒或质粒入侵的获得性免疫系统,利用CRISPR RNAs(cr RNAs)引导Cas核酸酶沉默入侵的核酸。通过分子生物学改造使Ⅱ型CRISPR/Cas系统成为一种高效的基因组定点修饰技术,并且比锌指核酸酶(Zinc-finger nucleases,ZFNs)和TALE核酸酶(Transcription activator like effector nucleases,TALENs)结构更简单,更容易设计和应用。文章主要介绍了CRISPR/Cas9系统成为高效基因组定点修饰技术的发展历程、Ⅱ型CRISPR/Cas的工作原理和改造过程以及在动物基因组定点修饰的应用,剖析了该技术存在的问题和现有改进方案,并与成功案例相结合展望了CRISPR/Cas9系统的应用前景,以期为动物性状改良和人类疾病动物模型的创立提供新思路。

利用人工锌指蛋白核酸酶进行植物基因定点突变和置换

基因定点突变技术在基因组原位改变基因特定序列,避免常规转基因过程中位置效应和插入失活。定点突变生物体不含转基因或标记基因,降低风险性。高等植物基因定点突变研究初见端倪,将可能为基因原位功能研究、作物遗传改良和分子设计提供有效策略。利用锌指蛋白核酸酶(zinc finger nucleases,ZFN)引入DNA定点断裂(double-strand breaks,DSBs)可以高效介导基因定点突变,使得ZFN在基因定点突变中倍受关注。综述了植物基因定点突变的一般策略,重点介绍了锌指蛋白的结构、原理、应用,特别是ZFN介导的植物基因定点突变与置换研究进展,并对ZFN介导的植物基因定点突变与置换应用前景进行了讨论。

隐地蛋白(cryptogein)基因定点突变及其广谱抗病烟草转化植株的获得

用PCR法从隐地疫霉 (Phytophthoracryptogea)基因组DNA中克隆了cryptogein(Cry)基因。将Cry基因的 13位赖氨酸 (K)突变成缬氨酸 (V) ,获突变基因CryK13V ,并将其构建于CaMV35S启动子控制的植物表达载体上。通过农杆菌介导的叶盘转化法转入烟草 ,经卡那霉素抗性筛选获 33株再生植株 ,PCR检测和Southern杂交分析表明CryK13V基因已整合到烟草基因组中。接种试验结果表明 ,转基因烟草植株对黑胫病菌、赤星病菌和野火病菌等的抗性均有提高。Northern杂交分析表明 ,微弱的CryK13V基因在转化植株中的表达就足以激活PR1和OPBP1等防卫反应相关基因的表达 ,而且表达丰度与转基因植株的抗病性有着一定的正相关性。研究结果还表明 ,隐地蛋白13位上的赖氨酸在诱导细胞死亡中起着关键的作用。

TALEN构建与斑马鱼基因组定点突变的实验方法与流程

类转录激活因子效应物核酸酶(Transcription activator-like effector nuclease,TALEN)是最近发展起来的一类新型的人工核酸内切酶,它由特异性的TALE DNA结合结构域和非特异性的FokⅠ核酸内切酶切割结构域组成。TALEN能够根据用户需要切割特定的核苷酸靶序列,造成DNA双链断裂,从而诱导该靶序列产生indel突变,目前已成功地应用于多个物种或体外培养细胞的基因组定点突变。文章介绍TALEN靶点的选择与确认,采用"单元组装法"构建人工TALEN的原理与步骤,以及通过显微注射TALEN mRNA诱导并筛选斑马鱼突变体的实验流程与经验。这些方法理论上也适用于对其他物种进行基因打靶。

类转录激活因子效应物核酸酶(TALEN)介导的基因组定点修饰技术

人工构建的序列特异性核酸内切酶能够识别并切割特定的DNA靶序列,造成双链断裂,从而引起基因组结构的定点改变。人工核酸内切酶技术使得研究人员有可能对任意物种的基因组进行定点修饰,开启了反向遗传学研究的新天地。类转录激活因子效应物核酸酶(Transcription activator-like effector nuclease,TALEN)自2010年底开始成功应用于基因打靶,很快成为一种比锌指核酸酶(Zinc-finger nuclease,ZFN)更容易设计、特异性更高和毒性更低的人工核酸内切酶。文章综述了TALEN技术的研究进展及应用前景,重点介绍TALEN的结构、作用机制与构建方法和利用TALEN进行基因组定点修饰的策略,以及目前利用这一技术已成功实现突变的物种及内源基因,特别是在斑马鱼中的应用,为开展这一领域的研究工作提供参考。

一种简单、快速、高效的基因定点突变方法

小规模抽提含有编码小鼠补体Ⅱ型受体(mCR2)cDNA的质粒,体外合成两对寡核苷酸突变引物,利用PCR反应将突变引入mCR2cDNA中,即产生P15S和T68Y两种定点突变。然后用DpnI对消化PCR产物以去除模板DNA,取适量消化产物转化大肠杆菌XL1-Blue,随机挑选克隆进行测序筛选、鉴定所需突变株。结果表明这一新方法不仅操作简单、快速,而且突变率极高,几乎100％。

TALENs:植物基因组定点剪辑的分子剪

随着高通量DNA测序技术的发展,获取生物全基因组序列已不再困难。结构基因组学和功能基因组学的巨大进展,使人类全面解码生物基因组的梦想正在逐步实现。接下来的问题是:如何按照人们的意愿对生物基因组进行定点改造?科学家早在1988年就开始探索植物基因组的定点改造技术,但进展十分缓慢。2009年,关于黄单胞菌效应子蛋白TAL effector与寄主靶基因DNA特异性识别分子密码的破解,使植物基因组定点改造呈现出新的曙光,目前已研发出可以对生物基因组进行定点剪辑的新技术——TALENs(TAL effector nucleases)。由于TAL effector识别DNA碱基的模式具有高度的专一性,而且可以简便地组装出特异性结合任意DNA序列的模块化蛋白,因此,TALENs成为目前最有发展前景的基因组修饰技术。本文综述了TALENs研发的背景、结构、工作原理和技术特点,重点介绍了利用TALENs定点改造植物基因组的一般策略和技术方案,最后对TALENs定点改造植物基因组的应用前景进行了讨论。

人脑源性神经营养因子基因的定点突变

应用寡核苷酸诱导的定点突变和ＰＣＲ技术对人脑源性神经营养因子基因进行突变，并完成了测序鉴定。

用基因定点突变技术改建—免疫球蛋白重链可变区基因的通用表达载体

本文介绍了一种简便的、具有高突变率的基因定点突变方法。应用Bio-Rad Muta-Gene Phagemid Kit,在一装有表达载体上的抗NP(4-hydroxyl-3-nitrophenacetyl)免疫球蛋白重链可变区基因的J_a区引进BstE Ⅱ酶切位点,从而改建成一种能用于表达免疫球蛋白重链可变区基因的通用表达载体。应用该Kit,基因定点突变率达43％。

基因定点整合改良家畜的现状与展望

尽管转基因技术在80年代初就已应用于实验动物,但用于改良家畜品种的尝试还只是在1985年以后。至今,已有16种基因转入三种主要畜种(猪、牛、羊),并取得了一些鼓舞人心的成就。例如,转有生长激素基因的猪,在饲料配方中适当提高蛋白质含量后,可使生长速度提高18％,背膘厚度减少一半左右。又如转基因羊的羊毛质量有了明显的改进,特别是以羊作为生物反应器,已经能够生产出药用价值很高的外源蛋白,并开始商业化生产。但是转基因家畜却难以形成品种或品系,这不仅是因为转基因的表达能引起多种副作用,如不育、畸形、易感病。

人工核酸酶用于基因组定点编辑的研究进展

人工核酸酶(EN)技术,是利用设计并构建的核酸内切酶与靶DNA序列特异性结合,形成双链断裂(DSB),启动DNA修复通路,进行基因组定点编辑,目前已成功应用于多种细胞和生物体。

基于Flp重组酶介导的盒式交换HPRT位点定点转基因研究

以电穿孔转染法将构建的交换质粒pF-HPRTF3和Flp表达载体pCMV-Flp共转染已在基因组HPRT位点整合有交换盒F-Neo-F3结构的ES细胞F18,经HAT筛选得到HAT抗性ES细胞克隆;G418敏感性试验和基因组Southern杂交表明,所分析的12个HAT抗性克隆中有3个克隆发生了预期的盒式交换重组,转基因定点整合的相对效率为25%。这一结果表明,Flp重组酶是可以在HPRT位点有效地介导盒式交换反应的,我们提出的利用Flp重组酶介导的盒式交换反应建立基于HPRT位点的转基因定点整合体系的策略是可行的。

建立缝隙连接蛋白43基因定点突变细胞株的研究

目的定点突变是通过聚合酶链式反应(PCR)等方法向目的 DNA片段中引入包括碱基的添加、删除、点突变等所需变化。体外定点突变技术是研究蛋白质结构和功能之间的复杂关系的有力工具,也是实验室中改造/优化基因常用的手段。连接蛋白43(connexin43,Cx43)是心脏表达最丰富的连接蛋白,主要分布在心室,其构成的缝隙连接(gapjunction,GJ)在心肌细胞中的电偶联中起着非常重要的作用。近年来的研究表明干细胞移植治疗心肌梗死时,细胞间电偶联障碍是导致心律失常副作用的一个重要原因。己知Cx43的磷酸化状态可以调节通道的功能,磷酸化常见的是368位点的丝氨酸磷酸化。我们对缝隙连接蛋白43基因(Cx43)的特定碱基进行定点改变,从而改变对应的氨基酸序列,并对表达产物进行研究,以利于将来探讨骨髓间充质干细胞(BMSCs)中转染突变的Cx43对其向心肌分化能力的影响,及其磷酸化状态是否对心律失常有调控作用。方法设计引物,sense:5'-CTTCAAGCAGAGCCAGCAGTCGTGCCAGCA-3',antisense:5'TGCTGGCACGACGACTGCTGGCTCTGCTTGAAG-3'。以已构建的Pcdh-Cx43为模板,使用Stratagene基因定点突变试剂盒进行PCR扩增,用DpnI酶识别甲基化位点并将其酶切,PCR产物转化后筛选阳性克隆,提取质粒测序验证。在293FT中与其它3个穿梭质粒一起包装,再将慢病毒颗粒转染BMSCs,用嘌呤霉素筛选出阳性克隆BMSCs-mCx43,在压力培养基下传代培养。用流式细胞仪检测BMSCs-mCx43的干细胞相关表面标记表达情况,同时用western blot检测BMSCs-mCx43的蛋白表达情况。结果测序结果显示突变位点正确,荧光照片显示90%的293FT表达绿色荧光。50%的BMSCs有绿色荧光蛋白的表达。流式细胞仪检测示BMSCs-mCx43细胞CD29阳性表达94%±0.8%,CD73阳性表达92%±0.7%,几乎不表达CD34和CD105,与未转染病毒的BMSCs和转染空病毒载体的BMSCs的表面标记一致。Western blot结果显示BMSCs-mCx43中的mCx43表达强于未转染病毒的BMSCs和转染空病毒载体的BM-SCs。结论本实验研究表明使用定点突变法能成功将Cx43的368位点的丝氨酸突变成丙氨酸。用慢病毒载体转染BMSCs,能使BMSCs稳定持久表达mCx43蛋白,且转染慢病毒,不改变BMSCs的分子表面标记,是对BMSCs进行基因修饰的一种有效方法。

利用CRISPR/Cas9系统构建人HPRT1基因定点突变细胞株

Hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase1(HPRT1)基因突变会导致次黄嘌呤和鸟嘌呤代谢异常,严重的代谢障碍被称为Lesch-Nyhan综合征,表现为智力低下,行为上出现强迫性自我毁伤,并伴随痛风或肾结石等症状。HPRT1基因具有多种突变模式,近年来对其突变谱的研究表明该基因具有一些"突变热点"。本研究选取了导致翻译提前终止的热点突变c.508C>T突变和c.151C>T突变,在HEK293T和HeLa细胞中,以单链寡核苷酸(single-stranded oligo-deoxyribonucleotides,ssODN)作为同源重组模板,利用CRISPR/Cas9技术构建了这两种突变的单克隆细胞株,发生定点突变的效率分别为16.3%和10%。进一步通过Westernblot检测点突变的单克隆细胞的HPRT1蛋白表达水平,通过6-TG毒性实验检测点突变的单克隆细胞的次黄嘌呤/鸟嘌呤磷酸核糖转移酶活性,结果表明纯合突变的单细胞克隆不能正常表达HPRT1蛋白,其次黄嘌呤/鸟嘌呤磷酸核糖转移酶活性丧失;杂合突变的单细胞克隆的HPRT1蛋白表达量降低,仍具有部分次黄嘌呤/鸟嘌呤磷酸核糖转移酶活性。HPRT1基因定点突变细胞模型的建立可为今后建立其他HPRT1基因突变的细胞系或动物模型提供借鉴,为研究Lesch-Nyhan致病机制提供基础。

同源重组在基因定点整合应用中的评估

通过同源重组纠正基因缺陷是基因治疗研究的理想方式。与反转录病毒基因治疗相比，该方法有其独特的优点，也有其局限性。但经过研究探索，该方法将有可能成功地用于基因治疗。

利用CRISPR/Cas9系统构建猪PFKM基因定点突变细胞株

肌型磷酸果糖激酶(PFKM)是作用于果糖-6-磷酸生成果糖-1,6-双磷酸的关键调节酶,在机体葡萄糖代谢、肌肉发育等多个生物过程中起关键作用。根据猪PFKM序列结构特点设计sgRNA序列并构建CRISPR/Cas9基因敲除质粒。敲除质粒转染猪PK15细胞并经嘌呤霉素筛选,极限稀释法筛选出单细胞克隆,提取各个细胞克隆DNA,利用PCR扩增敲除区域序列,通过序列测定确定是否敲除成功,利用实时荧光定量PCR及Western blot分别检测PFKM mRNA及蛋白质表达水平。结果表明:转染CRISPR/Cas9基因敲除质粒筛选到的单细胞克隆中,有2株细胞PFKM基因序列发生基因突变,其中1个克隆为碱基插入,另1个为碱基插入、替换及缺失;qRT-PCR定量检测结果表明,筛选到1株细胞PFKM mRNA表达量下降89.41%,差异极显著。Western blot检测结果表明,与正常细胞组相比,2组敲除细胞株中PFKM蛋白表达量分别下降78.77%、81.63%,差异显著。这一研究显示利用CRISPR/Cas9系统成功获得了2株PFKM基因敲除细胞株,为后续研究PFKM基因在猪肌肉发育、能量代谢及线粒体功能等方面的作用奠定了基础。