CRISPR/Cas9基因编辑在三维基因组研究中的应用

CRISPR/Cas9系统在基因编辑方面具有巨大优势,能够低成本、可编程、方便快捷地用于动物、植物以及微生物的基因组靶向编辑和功能改造。三维基因组学是近年来兴起的一门研究染色质高级结构动态调控及基因组生物学功能的交叉学科。在三维基因组研究中,通常采用对DNA片段进行基因编辑以模拟基因组结构性变异,标记特定DNA片段,进而研究调控元件对于基因调控、细胞分化、组织发生、器官形成、个体发育的影响,最终阐明三维基因组的组装调控机制和生物学功能。因此,CRISPR及其衍生技术为研究三维基因组提供了极好的遗传学工具。本文主要综述了CRISPR片段编辑及其衍生技术在三维基因组调控与功能研究中的应用,以期为后续研究工作提供理论参考以及新的研究思路。

CRISPR/Cas9系统作用机制及研究进展

CRISPR/Cas9技术(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR/CRISPR-associated,Cas9)是进行基因编辑的新方法,通过设计特异性靶点RNA,将Cas9核酸内切酶带到基因组上的具体靶点,通过对特定基因位点切割,从而达到基因编辑目的。该技术自发明以来,迅速应用于人类多种细胞系、小鼠、大鼠、斑马鱼、猪、羊、水稻、小麦、拟南芥、果蝇、细菌等动植物和微生物的研究中,成为当今生命科学技术研究的新热点。文章对CRISPR/Cas9系统的基因座结构、作用机制和研究进展进行综述,旨在为生命科学领域研究人员提供参考。

基因编辑技术的研究进展

功能缺失(loss of function)是研究基因功能及其相关表型最重要、最直接的方法和策略。基因编辑技术从开始的RNA干扰(RNA interference,RNAi)技术到近年发展起来的高效酶技术都得到了广泛的应用。这些高效酶技术包括锌指核酸酶(zinc finger nuclease,ZFN)技术、转录激活样效应物核酸酶(transcription activator-like effector nucleases,TALENs)技术和成簇的规律间隔的短回文重复序列系统(clustered regularly interspaced short palindromic repeats(CRISPR)/CRISPR-associated(Cas)9 system,CRISPR/Cas9)。除此之外,还有2016年发表的Ng Ago(Natronobacterium gregoryi Argonaute)编辑技术。近十年来,以CRISPR/Cas9为代表的基因编辑技术已经广泛应用于细胞水平和个体水平的基因功能敲除的研究。现就以上基因编辑技术的原理及最新进展进行综述,并重点介绍CRISPR/Cas9的技术原理以及该技术在建立基因敲除动物模型中的最新进展。