内含肽介导的撕裂Cas9:一种非转基因的植物基因编辑系统

CRISPR/Cas9技术在植物的基础研究以及谷物的遗传改造方面展现出了前所未有的潜力.目前植物基因编辑方法大多是基于农杆菌介导的遗传转化,该方法不仅涉及转基因过程,容易引发公众关注,同时该方法对较难转化的植物而言有一定的技术挑战.研究开发了一个简单的非转基因植物基因编辑方法,即采用病毒递送的方式将片段化的Cas9和gRNA运送到烟草中.为了适应马铃薯病毒X载体的运载能力,将金黄色葡萄球菌SaCas9分成3个部分,用2个片段化的内含肽将其连接成完整的Cas9蛋白.结果表明:在培养的细胞和植物叶片中,2个片段化的内含肽均能使3个片段化的Cas9重组为完整的Cas9蛋白.将3个片段化的载体和1个sgRNA载体注射到叶片中,能对PDS基因进行靶向编辑.该非转基因的植物基因编辑方法可能对其他多种植物有一定的应用效果.

CRISPR-Cas9多基因编辑技术在植物研究中的应用

CRISPR-Cas9技术属于新型基因编辑技术中的一种,相比ZFNs和TALENs具有操作简单、成本低廉和编辑率高等特点,被广泛应用于生命科学和医学领域。在植物科学研究中,CRISPR技术可以高效地编辑目标基因来构建突变体,从而为植物基因功能研究提供材料,具有十分重要的意义。然而高等生物基因功能冗余及其复杂互作关系,导致研究中常需构建双/多突变体,而传统的遗传杂交存在工作量大、周期长等问题。CRISPR-Cas9技术是近年来广泛用于基因编辑的技术,其能同时对基因组中多个靶位点进行编辑,极大地缩短了研究中高阶突变体获取的周期和难度。本研究介绍了几种基于CRISPR-Cas9的多基因编辑策略,以期为植物多基因编辑领域的技术整合提供有效信息。

基因编辑植物法律规制的困境及出路

新型基因编辑技术成功突破了传统育种障碍,实现快速、高效育种,强势开启了农业育种和食品领域新赛道。在世界范围内,基因编辑植物的法律规制主要依赖于转基因法律,表现为基于实质等同原则的产品监管模式、基于风险预防原则的过程监管模式和过程转向产品的单独监管模式。机械地运用这些传统监管模式忽视了基因编辑技术与转基因之间的本质不同,产生了科技乐观主义与科技悲观主义两种极端态度,从而进入技术放任主义和限制主义的误区。鉴于此,应脱离转基因法律而进行基因编辑植物的单独立法,通过转变立法观念重塑立法原则、重构法律规范,以防止基因编辑技术在农业领域的误用、乱用与滥用。

CRISPR/Cas技术的研究展望

CRISPR/Cas系统是多数细菌及古菌在环境胁迫下长期进化形成的由RNA引导降解入侵病毒或噬菌体DNA的适应性免疫系统,包括Cas蛋白与单链引导RNAs (Single guide RNAs, sgRNAs)两个核心元件。近些年来,由CRISPR/Cas系统发展形成的新型基因编辑技术(CRISPR/Cas技术)广泛应用于动物、植物、微生物的基因组编辑和调控,其原理是Cas蛋白受sgRNA指引将靶向DNA进行基因改造,进而定向引导基因突变并通过测序技术筛选有效的基因突变。CRISPR/Cas技术能同时对多个位点进行编辑,对靶向DNA有相当高的亲和力和特异性,具有耗时短、编辑高效等优点。本文综述了CRISPR/Cas技术在临床治疗、植物基因编辑、微生物基因改造等多个领域的应用进展,并对CRISPR/Cas技术目前存在的问题进行了深入讨论及展望,为今后探究CRISPR/Cas技术在生态环境领域的应用提供了科学思路与研究方向。

植物CRISPR/Cas9多基因编辑载体构建和突变分析的操作方法

CRISPR/Cas9基因组编辑技术是植物基因功能研究与作物改良的有效工具.为此,本实验室开发了高效的CRISPR/Cas9植物多基因编辑载体系统.本载体系统包括6个双元载体和12个含有不同U3/U6启动子的sg RNA中间载体,可满足对单子叶和双子叶植物的遗传转化以及不同抗生素筛选的要求,具有简便、高效,可同时对多基因进行编辑的特点.此外,为了能更高效地应用基因组编辑技术,还开发了一站式在线分析工具包CRISPR-GE.为方便研究人员利用CRISPR/Cas9系统进行植物基因组编辑,本文提供了从靶点选择、CRISPR/Cas9多靶点双元载体构建,以及对靶点突变序列的测序分析等详细的操作方法,以及常见的问题解答.

植物基因组编辑试剂材料的导入及转化系统的研究现状及前景

目前科研人员已经研发了许多基因组编辑工具,新的基因组编辑工具也在不断地探索中,其中有一些编辑工具,如CRISPR/Cas9系统已经被广泛地应用于植物遗传学、生物技术和育种等各方面.基因组编辑技术可以对农艺性状相关基因的特异序列进行精准编辑,从而开启了作物改良的新时代.本文聚焦于植物基因组编辑试剂材料导入及转化的最新方法及进展,比较了各种导入及转化系统的优缺点,最后讨论了植物基因组编辑试剂材料导入及转化未来可能的发展方向.

Current and future editing reagent delivery systems for plant genome editing

Many genome editing tools have been developed and new ones are anticipated; some have been extensively applied in plant genetics, biotechnology and breeding, especially the CRISPR/Cas9 system. These technologies have opened up a new era for crop improvement due to their precise editing of user-specified sequences related to agronomic traits. In this review, we will focus on an update of recent developments in the methodologies of editing reagent delivery, and consider the pros and cons of current delivery systems. Finally, we will reflect on possible future directions.