CRISPR/Cas9基因组编辑技术在丝状真菌中的应用

丝状真菌次级代谢产物种类繁多,其中许多具重要生物活性物质和药用成分,也有一些具毒素,开展其基因编辑的研究非常有必要,利用该系统可对其基因组进行点突变、插入或缺失,实现基因的敲除,但丝状真菌细胞壁厚且成分复杂,导入外源基因较难,开发出高效的CRISPR/Cas9基因组编辑技术极为重要。运用文献研究法,介绍了CRISPR/Cas9基因组编辑技术的原理、方法及其在丝状真菌中的研究和应用,分析了CRISPR/Cas9系统各组分和呈递体系的优化对丝状真菌中基因编辑效率的影响,其中,Cas9核酸酶、sgRNA表达的优化,启动子、PAM序列及基因组编辑体系的改进都有效地提高了CRISPR/Cas9系统的编辑效率。今后可通过开发无PAM序列要求、可进行基因转录调控、能定向插入和敲除超长目的片段等系列真菌通用的基因编辑体系,实现真菌资源在工业、农业和医药等领域的充分应用。

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。

CRISPR/Cas9基因组编辑技术在农业动物中的应用

CRISPR(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats)/Cas(CRISPR associated proteins)是在细菌和古细菌中发现的一种用来抵御病毒或质粒入侵的获得性免疫系统。目前已发现的CRISPR/Cas系统包括Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型,其中Ⅱ型系统的组成较简单,由其改造成的CRISPR/Cas9技术已成为一种高效的基因组编辑工具。自2013年CRISPR/Cas9技术成功用于哺乳动物基因组定点编辑以来,应用该技术进行基因组编辑的报道呈现出爆发式的增长。农业动物不仅是重要的经济动物,也是人类疾病和生物医药研究的重要模式动物。本文综述了CRISPR/Cas9技术在农业动物中的研究和应用进展,简述了该技术的脱靶效应及减少脱靶的主要方法,并展望了该技术的应用前景。

CRISPR/Cas9基因组编辑技术在癌症研究中的应用

CRISPR/cas9基因组编辑技术因其设计简单以及操作容易,使其在基因编辑的研究中越来越受到欢迎。利用该技术,科研人员可以实现在碱基的水平对基因组进行定点修饰。CRISPR系统现已经被广泛地应用到多个物种的基因组编辑以及癌症的相关研究中。本文在最新研究进展的基础上,结合对癌症研究及基因组编辑技术的理解,对CRISPR/Cas9技术在癌症研究中的应用进行了综述。

利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术定向降低水稻落粒性

【目的】易落粒既不利于稻谷收获,也不适宜于水稻机械化生产。利用现阶段前沿的分子育种手段——CRISPR/Cas9技术对水稻落粒性主效基因qSH1进行定点编辑,并调查分析易落粒性状的改良效果,为创制稳产和适合机械化生产的水稻新种质奠定材料基础和探索新途径。【方法】以qSH1为靶标基因,根据CRISPR/Cas9技术原理设计靶标位点。将所设计的靶点序列在水稻参考基因组中比对分析以排除非特异性靶位点,最终筛选出qSH1-T1和qSH1-T5靶标位点。化学合成靶位点寡核苷酸序列,退火后分别与pYLg RNA-U3、pYLg RNA-U6a载体连接构建U3-qSH1T5-g RNA、U6a-qSH1T1-g RNA表达盒,最后将2个g RNA表达盒同时连接至pYLCRISPR/Cas9表达载体中,构建pYLCRISPR/Cas9-qSH1-T51表达载体。利用农杆菌介导转化易落粒的籼稻品种HR1128,以潮霉素抗性为筛选标记筛选获得T0代转基因阳性植株。利用靶位点扩增测序法判断T0代转基因植株在预期靶标位点是否发生突变,并进一步分析突变类型及基因型。将靶点序列在水稻参考基因组中比对,选择与靶点序列匹配度大于或等于15 bp且3′端具有NGG的位点作为潜在脱靶位点进行脱靶效应评估。利用潮霉素基因及靶点检测进一步筛选无T-DNA成分的qsh1突变植株并进一步构建qsh1突变系,并分析qsh1突变系的落粒性、qSH1的表达量及预测编码氨基酸序列。【结果】pYLCRISPR/Cas9-qSH1-T51载体成功地实现了对qSH1靶标位点的定点编辑。在T0代转基因阳性植株中获得7个突变单株,其中qSH1-T1和qSH1-T5靶点的突变频率分别为54.55%和63.64%,突变基因型包括纯合突变、杂合突变、双等位突变和嵌合突变,突变类型包括碱基插入、碱基缺失及碱基突变。通过对T1代植株进行潮霉素基因筛选、靶位点扩增测序,结果表明,在T1代植株中Cas9载体骨架和qSH1突变位点都发生了分离,获得2种不含T-DNA成分的qsh1纯合突变株,并以此构建2个T2代qsh1纯合突变系群体(17SZ01和17SZ02)。对46株转基因阳性植株进行脱靶效应分析,发现3个潜在脱靶位点均未发生突变,表明所设计的靶标位点具有较高的特异性。通过落粒性测定分析表明,与野生型对照相比,2个qsh1纯合突变系的落粒性显著降低。进一步分析发现,2个突变系氨基酸翻译均发生改变并提前终止,同时17SZ01突变系qSH1的表达量显著降低。【结论】利用CRISPR/Cas9技术对水稻基因组进行定点编辑定向改良水稻品种落粒性,是一条高效、安全的分子改良育种策略。

CRISPR/Cas9基因组编辑技术及其在草类植物中的应用

CRISPR/Cas9系统作为新一代基因组编辑技术,一经问世就受到广泛关注。CRISPR/Cas9系统具有对特定基因位点进行精确修饰(包括敲除、插入、替换等)的强大功能,同时具有操作简单、效率高、适应性广等技术优势,目前已在微生物、植物、动物以及人类基因治疗等整个生命科学领域得到应用。本文简要介绍了CRISPR/Cas9技术的发展历程、作用机理、技术优势、功能及应用领域,总结该技术在植物领域的基因组定向编辑中的研究进展。并提出了这项技术在草类植物基因功能分析、基因代谢调控途径与遗传改良等方面的应用前景,为相关领域的研究工作奠定了基础。

CRISPR/Cas9基因组编辑技术在HIV-1感染治疗中的应用进展

基因治疗是将外源正常基因通过一定方式导入人体靶细胞以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病,从而达到治疗目的。因此,基因治疗的技术方法在研究持续感染HIV-1或潜伏感染HIV-1原病毒患者的治疗中具有重大的现实意义。目前,现有的基因治疗方法存在识别靶向位点有限及脱靶几率大等主要问题。最新研究表明来源于细菌和古菌的规律间隔成簇短回文重复序列及其相关核酸酶9系统[Clustered regularly interspaced short palindromic repeats(CRISPR)/CRISPR-associated nuclease 9(Cas9),CRISPR/Cas9]已被成功改造成基因组定点编辑工具。因此,如何利用CRISPR/Cas9系统实现对HIV-1病毒基因组进行高效靶向修饰,从而达到治疗HIV-1感染病患的目的已经成为当前研究的热点。本文参考最新国内外研究成果,重点介绍了CRISPR/Cas9基因组编辑技术在HIV-1感染疾病治疗中的应用,主要包括CCR5基因编辑、清除HIV-1原病毒以及活化HIV-1原病毒,以期为HIV-1感染疾病的预防与治疗提供重要研究参考。

CRISPR/Cas9基因组编辑技术及其在链霉菌中的应用

链霉菌(Streptomyces)以产生多种抗生素而著称,长期以来都是生命科学与医学、药学及工业领域的研究热点。然而,链霉菌的遗传操作十分困难,传统的基因编辑手段因效率低、实验周期长及操作步骤繁琐等原因正逐渐被素有"魔剪"之称的CRISPR(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats)/Cas9(CRISPR-associated protein 9)系统所替代。该技术可以对基因组特定位点进行靶向编辑,包括缺失(Indel)、修复(Repair)和替换(Replacement)等。通过比较目前在链霉菌中基因编辑手段,总结出CRISPR/Cas9系统在链霉菌应用方面具有操作简单、效率高、成本低、实验周期短,以及能够同时敲除多个基因等优势,并综述了该系统在链霉菌中的应用,以及汇总了CRISPR/Cas9工具箱的靶向空间,最后针对该系统在链霉菌定向育种方面及合成新的抗生素方面进行展望,以期为相关领域的工作提供参考。

CRISPR/Cas9基因组编辑技术及其在作物遗传改良中的应用进展

基因组编辑技术可对作物靶标基因进行定点删除、替换、插入等遗传操作,现已被广泛应用于作物基因功能解析和品种改良。简要介绍了基因编辑技术的发展历程,阐述了基因编辑技术CRISPR/Cas9系统的工作原理,以及基于CRISPR/Cas9的单碱基编辑、引导编辑器等一系列衍生编辑工具,同时总结介绍了近年来上述基因组技术在不同农作物性状改良中的应用实例。最后探讨了CRISPR/Cas9技术目前存在的一些局限性及其解决方法,并且对基因编辑技术未来在作物中的应用进行了展望。

CRISPR/Cas9基因组编辑技术在番茄中的应用现状及展望

CRISPR/Cas9技术是一种能够快速对基因组靶位点进行特定DNA修饰的编辑工具。该文对近年来国内外有关CRISPR/Cas9技术在改善番茄农艺性状及提高生物、非生物胁迫抗性方面的研究进展进行综述,并集中讨论了CRISPR/Cas9面临的一些问题,为该基因编辑技术在番茄的种质创新及基因功能研究方面的应用提供参考。

CRISPR/Cas9基因组编辑技术在病原真菌耐药性研究中的应用

病原真菌逐渐成为人类安全的重要威胁。据统计,在全球范围内,近10亿人患有皮肤、指甲和头发等浅表真菌感染性疾病,每年约150多万人因深部真菌感染性疾病死亡^([1])。其中,曲霉、念珠菌、隐球菌以及双相真菌如荚膜组织胞浆菌等是导致大多数严重真菌病的主要病原真菌^([1])。

CRISPR/Cas9基因组编辑技术及其在肿瘤免疫治疗研究的应用

基因组编辑技术是指在基因组的特定位点,进行基因序列修改的技术。随着基因组编辑工具的研究的深入,人工核酸酶技术和RNA介导的CRISPR/Cas9系统成为两类应用广泛的工具。后者具备构造简单且效率高的优势,使其迅速发展成为应用最为广泛的基因组编辑工具。肿瘤的治疗由于其复杂的病因和肿瘤细胞对于免疫过程的逃逸而进展缓慢,T细胞的武装技术为肿瘤的免疫治疗提供了新的思路。本文综述了CRISPR/Cas9系统的原理、特点以及其在肿瘤免疫治疗中的应用。

基于CRISPR/Cas9技术的全基因组基因编辑MDCK细胞文库的构建

本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,首先靶向犬全基因组设计合成转录sgRNA的DNA文库,并将DNA文库全部克隆于lentiCRISPR v2慢病毒转移载体上,高通量测序结果显示文库覆盖度高、均一性良好。将质粒文库和慢病毒包装系统质粒共转染293T细胞,收取含慢病毒样病毒的上清液感染MDCK细胞,在最适浓度嘌呤霉素筛选下,收集嘌呤霉素抗性细胞,冻存于-80℃,提取一部分细胞的基因组,通过PCR扩增转录sgRNA的DNA,将PCR产物插入到T载体后,挑取单克隆菌落,测序表明细胞文库中转录的sgRNA具有较好的覆盖度。本实验成功构建了犬全基因组范围转录sgRNA的质粒文库,并成功构建了MDCK细胞全基因组范围的基因编辑细胞库,该文库可作为后续筛选病毒复制关键宿主因子的细胞平台。

利用CRISPR/Cas9技术的酵母基因组编辑实验设计

结合生物工程专业实践教学要求和学科前沿方向,设计了利用CRISPR/Cas9技术的酵母基因组编辑实验.该实验采用一种瞬时CRISPR/Cas9技术,在实验过程中不需要构建质粒,所需实验材料较少,实验可行性较强.该实验项目有助于加强学生对于生命科学前沿领域的了解,培养学生的探索精神和创新精神.

利用CRISPR/Cas9技术编辑OsOFP30基因创制水稻粒型突变体

【目的】研究水稻OFP家族转录因子OsOFP30对粒型的影响,创制新的粒型突变材料,为水稻粒型改良提供参考。【方法】以粳稻品种中花11为受体材料,利用CRISPR/Cas9技术对OsOFP30基因进行定向编辑;通过T_(0)、T_(1)和T_(2)代连续筛选,获得3类无外源片段插入的纯合突变体(长片段删除突变OsOFP30^(-89)、单碱基插入突变OsOFP30^(+1G)和OsOFP30^(+1A));分析粒型变异,进行生物信息学和测序分析,初步确定粒型变异原因。【结果】与野生型相比,3类突变体的粒宽和千粒重都显著降低,OsOFP30^(-89)和OsOFP30^(+1G)仅粒长和粒厚显著降低,穗型指标与野生型无明显差异,OsOFP30^(+1A)的粒长和粒厚与野生型无明显差异,仅一次枝梗数显著低于野生型;生物信息学分析表明,这3类突变体均由移码突变导致的翻译提前终止所产生,OsOFP30^(-89)突变蛋白长度为252个氨基酸,OsOFP30^(+1G)和OsOFP30^(+1A)突变蛋白长度均为282个氨基酸,两者仅第323位的核酸序列存在G和A的单碱基差异,导致突变蛋白第108位产生丝氨酸和天冬酰胺的差别。【结论】初步判断OsOFP30基因可调控水稻粒型变异。本研究创制了新的粒型突变材料,可为水稻粒型改良育种提供参考。

CRISPR/Cas9技术高效制备山羊SOCS2基因编辑胚胎

旨在设计、筛选高效编辑山羊胚胎生长负调控因子SOCS2基因的sgRNA,为通过SOCS2基因编辑创制快长型山羊奠定技术基础。本研究利用在线网站对山羊SOCS2基因SH2结构域保守序列设计2条sgRNA,构建表达载体,体外转录获得sgRNA及Cas9 mRNA;体外检测sgRNA+Cas9蛋白切割靶DNA的效率;在此基础上将屠宰场山羊卵巢分离培养的442个孤雌胚胎进行分组,2个试验组显微注射sgRNA和Cas9 mRNA混合物,对照组注射超纯水,以单个囊胚全基因组DNA扩增产物为模板,PCR扩增靶区域并测序鉴定,发生编辑的样本进行T-A克隆测序检测编辑形式;根据在线网站预测,每条sgRNA选择5个错配数最少的潜在脱靶位点进行脱靶检测。结果表明,在SOCS2基因83和96号氨基酸密码子附近区域获得2条sgRNA并成功构建表达载体,体外转录获得高质量sgRNA和Cas 9 mRNA;两条sgRNA均可引导Cas9蛋白在体外完全切割靶DNA;SOCS2-sg-83对胚胎的编辑效率为94.1%,160个T-A克隆中有152个在靶位点出现插入、缺失或替换,概率为95.0%,其中81.3%发生了移码突变,9.4%的克隆缺失83号氨基酸密码子,累计90.6%的克隆实现了SOCS2基因功能性敲除;SOCS2-sg-96对胚胎的编辑效率为50.0%,80个T-A克隆中有70个在靶位点出现插入、缺失或替换,概率为87.5%,移码突变概率为75.0%,5.0%的克隆缺失了96号氨基酸密码子,累计80.0%的克隆实现了SOCS2基因功能性敲除。另外,在所有已编辑胚胎中均未发现脱靶。综上,SOCS2-sg-83可实现山羊胚胎SOCS2基因的高效、精准编辑和敲除,为高效制备SOCS2基因敲除山羊,培育快长型肉用山羊奠定了技术基础。

CRISPR/Cas9基因编辑技术在羊育种功能基因验证中的应用研究进展

基因编辑技术是一种对目的基因进行特定修饰的技术,被广泛应用于生物育种、疾病模型构建等研究领域。CRISPR/Cas9系统由重复和间隔单元组成的CRISPR阵列和一个Cas基因座位组成,能够对生物体性状进行目的基因定点编辑,具有简单、精确且高效的特点。CRISPR/Cas9基因编辑技术通过引入基因敲除、基因敲入、缺失、点突变和单核苷酸突变等不同形式的修饰广泛应用于畜禽的基因编辑,以研究畜禽关键基因功能,从而加速性状改良。相较于猪、鸡等其他畜禽,CRISPR/Cas9技术对羊的研究相对滞后。文章重点阐述了CRISPR/Cas9基因编辑技术在羊育种功能基因验证中的应用,对其在产肉性状、纤维性状、泌乳性状和人类疾病模型等方面的应用研究进展及前景进行了简要概述,以期为我国羊产业的可持续发展提供参考。

CRISPR/Cas9基因编辑技术在畜禽育种中的研究进展

CRISPR/Cas9是一种高效、精准的基因编辑技术,在畜禽基因编辑领域已取得了广泛应用。简述了CRISPR/Cas9技术在猪、牛、羊及禽类遗传育种方面的研究进展和应用情况,总结了该技术在育种应用方面所面临的问题,并对其未来发展趋势进行了展望,以期为未来该技术在畜禽育种领域的应用提供参考。

CRISPR/Cas9基因编辑技术在鱼类养殖应用的研究进展

随着生活水平的提高,人们对水产品的需求量也不断增加。鱼类养殖是水产养殖的重要组成部分,提高养殖鱼类的产量已成为当前亟待解决的问题。育种为提高养殖鱼类产量做出了重大贡献,为满足全球对优质蛋白日益增长的需求,亟需应用新技术加速育种进程,以进一步提升鱼类产量。基因编辑技术(包括ZFNs、TALLENS和CRISPR/Cas9)是目前加快遗传改良进程的重要工具,其中CRISPR/Cas9技术在编辑基因方面具有速度快、成本低、精度高等优点,因此在养殖鱼类基因编辑中的应用不断扩大。目前研究人员已对20多个鱼类养殖品种进行优良性状改良。文章总结了CRISPR/Cas9技术及其在鱼类养殖业中的应用及现状,并展望了未来的发展方向,以期为CRISPR/Cas9技术在鱼类养殖中的应用提供一定参考。

CRISPR/Cas9基因编辑技术在植物抗病性改良中的应用综述

植物病害是影响作物生长的重要因素之一,对世界粮食安全构成很大的威胁,培育优良的抗病品种成为最优策略。CRISPR/Cas9基因编辑技术自问世以来备受关注,因该系统简单、高效、稳定的特点,逐渐成为分子育种领域重要的技术手段。本综述简单回顾了CRISPR/Cas9基因编辑技术的技术原理和在植物中的应用情况,系统总结了该技术在植物抗真菌、细菌和病毒方面的应用。还列举了可用于提高植物抗病性的基因位点以及真菌、细菌和病毒等病原物的致病相关基因位点编辑应用情况,探讨了该技术主要的优势和不足,以及未来应用的前景和挑战,以期为今后研究提供参考和借鉴。