利用CRISPR/Cas9技术构建斑马鱼prkd1基因敲除品系

蛋白激酶D1 (protein kinase D1, PKD1;也称作PRKD1)是蛋白激酶家族成员之一,该家族由3种结构相关的应激激活酶组成,可调节机体多种生物学功能,主要涉及细胞增殖、分化、凋亡、免疫调节、心脏收缩、血管生成和癌症等,其中PRKD1与心脏肥大、收缩和缺血再灌注损伤的底物磷酸化有关。相关研究报道,先天性心脏病患者存在PRKD1基因突变,但其在心脏中的特异性功能和分子机制并未阐明。为了便于后期研究PRKD1基因在人类早期心脏发育的作用机制,本文拟利用CRISPR/Cas9技术构建斑马鱼prkd1基因敲除品系。首先,通过生物信息学网站筛选出两个最佳的基因敲除靶位点,合成相应靶位点的单链向导RNA (single guide RNA,sg RNA)和引物;然后,将两个靶位点的sg RNA进行体外转录,并将其与Cas9蛋白混合后共同注射到斑马鱼的1-细胞期;最后,对基因敲除后的F0、F1、F2及F3代斑马鱼的胚胎和成鱼进行有效性鉴定及表型观察。结果显示,靶位点附近出现了不同程度的碱基缺失;成功构建了F1代能够稳定遗传的prkd1基因敲除的3个亚系;与野生型相比, F3代纯合子胚胎表现出不同程度的心腔膨大、环化异常及心管线性化等畸形现象。综上可知,本研究利用CRISPR/Cas9技术成功构建了斑马鱼prkd1基因敲除品系,为进一步研究该基因在人类心脏发育中的特异性功能提供了有益参考,并为后期的先天性心脏病筛查和精准医疗提供了重要依据。

基于CRISPR/Cas9技术建立Lepr与eNos双基因敲除的糖尿病肾病小鼠模型

目的基于CRISPR/Cas9基因编辑技术建立瘦素受体基因(leptin receptor,Lepr)与血管内皮一氧化氮合酶基因(endothelial nitric oxide synthase,eNos)双基因敲除(double-knockout,DKO)小鼠模型,构建晚期糖尿病肾病小鼠模型。方法根据eNos基因制备对应的gRNA,将CRISPR-Cas9体系显微注射于C57BL/Ks(BKS)背景小鼠的受精卵内。将受精卵转移至有假孕状态雌性小鼠的输卵管内部。幼鼠出生后经聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR)鉴定及测序分析分选出为eNos^(+/-)基因型的F0代阳性小鼠,获得BKS背景下的Lepr基因杂合小鼠,即基因型为Lepr^(db/m)的Lepr-F0代杂合子小鼠。将eNos-F0与Lepr-F0代小鼠杂交,获得eNos^(+/-)/Lepr^(db/m)双杂合F1代小鼠,将双杂合F1代小鼠进一步交配,筛选得到Lepr与eNos双基因敲除小鼠。采用PCR法鉴定小鼠基因型,按基因鉴定结果分为野生型(wild-type,WT)组与DKO组小鼠。监测各组小鼠体质量、血糖与饮水进食量;采用酶联免疫吸附法(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)检测小鼠尿白蛋白与尿肌酐水平,并计算尿白蛋白排泄率;苏木精-伊红(hematoxylin-eosin,HE)与过碘酸六胺银(periodic acid-silver metheramine,PASM)染色检查各组小鼠肾组织病理改变。结果PCR检测结果显示,成功构建lepr^(db/db)/eNos^(-/-)DKO小鼠。与同窝对照组相比,DKO小鼠的体质量、血糖水平与饮水进食量均显著高于同窝对照小鼠。DKO小鼠的尿白蛋白与尿白蛋白排泄率显著高于WT小鼠。病理学结果显示,DKO小鼠的肾小球体积明显增大,系膜基质增生明显。结论基于CRISPR/Cas9基因编辑技术可成功构建lepr^(db/db)/eNos^(-/-)DKO小鼠,DKO小鼠可反映糖尿病肾病的典型表现,为深入研究糖尿病肾病的作用机制提供动物模型。

超声应变技术评估PCSK9基因敲除对肥胖小鼠心肌功能的影响

目的应用超声应变技术评估PCSK9基因敲除对肥胖小鼠心肌功能的影响,并探讨其机制。材料与方法选取6周龄野生型C57BL/6雄性小鼠20只,随机分为正常组和肥胖组,各10只;选取6周龄PCSK9^(-/-)C57BL/6雄性小鼠10只为PCSK9^(-/-)组。肥胖组和PCSK9^(-/-)组给予高脂饲料造模,正常组给予普通饲料,12周后从肥胖组和PCSK9^(-/-)组中选取造模成功小鼠,3组小鼠行心脏超声、透射电镜及免疫荧光染色进行观察。结果肥胖组、正常组和PCSK9^(-/-)组小鼠室间隔舒张末期厚度分别为(0.98±0.13)mm、(0.77±0.07)mm、(0.78±0.13)mm,差异有统计学意义(F=5.10,P=0.02),肥胖组较正常组增厚(t=2.73,P<0.05),PCSK9^(-/-)组较肥胖组变薄(t=-2.92,P<0.05)。3组左心室整体纵向应变及整体圆周应变差异有统计学意义(F=7.44、15.40,P<0.05),其中肥胖组较正常组整体纵向应变和整体圆周应变减低(t=3.79、5.50,P<0.05),PCSK9^(-/-)组较肥胖组整体纵向应变和整体圆周应变升高(t=-2.53、-3.37,P<0.05)。电镜及免疫荧光结果显示,肥胖组心肌超微结构受损,NLRP3及Caspase-1表达较正常组增多(t=12.53、-4.73,P<0.05),PCSK9^(-/-)组心肌超微结构受损明显改善,NLRP3及Caspase-1表达较肥胖组减少(t=-6.23、2.05,P<0.05)。结论超声应变技术较常规心脏超声参数能更敏感地发现PCSK9基因敲除肥胖小鼠心肌功能的改变;PCSK9基因敲除后可能通过抑制NLRP3及Caspase-1表达改善肥胖小鼠心肌功能。

植物病原细菌基因敲除技术在本科开放实验中的设计与实践

基因敲除技术在植物病原细菌和寄主互作研究中发挥着重要作用。近年来,该技术在植物病理学研究领域得到了广泛应用。文章以植物病原细菌基因敲除技术为教学内容,以构建野油菜黄单胞菌(Xanthomonas campestris pv.campestris)的RNA聚合酶σ54因子编码基因rpoN2的突变体为例,探讨了基因敲除技术在本科开放实验教学中的设计与实践。通过rpoN2基因敲除载体构建、野油菜黄单胞菌的遗传转化以及菌落PCR筛选重组子等多方面的教学内容的设计与实践,提高了学生对植物病原细菌基因敲除原理的理解和掌握,培养了学生相关实验操作技能、数据分析和解读能力,以及团队合作精神和科学探究意识。

基因敲除技术及其在微生物代谢工程方面的应用

应用基因工程技术针对微生物细胞的代谢通量进行优化设计,对于提高工业菌株的产量,提高生产效率有重要的作用。基因敲除属于分子生物技术中非常重要的组成部分,利用此项技术有利于优化代谢的整体状态,达到调节代谢流的状态。同时,也能够优化代谢的途径。通过本文分析可知,基因敲除技术在微生物代谢工程中的应用效能包括降低能耗、阻断或降低副产物合成、清除重组菌的抗性、提高产物的纯度,由此可见基因敲除技术,在微生物代谢工程中有非常重要的应用价值,应当在这类工程中得到充分的应用。

Ghrelin基因敲除对小鼠黑质区多巴胺能神经元突触后电位的影响

目的探讨胃饥饿素(ghrelin)基因敲除对小鼠黑质多巴胺能神经元突触后电位的影响。方法分别选取10周龄雄性ghrelin基因敲除小鼠(ghrelin^(-/-)组)及其同窝雄性野生型(WT)小鼠(WT组)的黑质组织,采用转录组学测序(RNA-seq)技术筛选差异表达基因(DEGs),通过KEGG通路富集分析DEGs可能参与的神经元突触活动相关信号通路,采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)方法对筛选出的DEGs进行验证,并应用蛋白免疫印迹(Western blotting)方法检测神经元突触活动相关基因的蛋白表达情况。结果与WT组相比,ghrelin^(-/-)组小鼠多巴胺能神经元突触传递信号通路上的23个基因水平发生了显著性变化,其中谷氨酸促离子型受体α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异唑丙酸型亚基3(GluA3)和糖原合酶激酶-3β(GSK-3β)分别调控神经元突触后膜上的α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异唑丙酸受体和N-甲基-D-天冬氨酸受体;在ghrelin^(-/-)组小鼠黑质组织中,GluA 3和GSK-3β基因表达出现明显的下调。RT-qPCR方法检测结果显示,与WT组相比,ghrelin^(-/-)组小鼠黑质组织当中GluA 3和GSK-3βmRNA水平明显下调(t=2.408、2.740,P<0.05)。Western blotting方法检测结果显示,与WT组相比,ghrelin^(-/-)组小鼠黑质组织中GluA3蛋白的表达水平明显上调(t=2.530,P<0.05),GSK-3β蛋白的表达明显下调(t=3.469,P<0.05)。结论Ghrelin基因敲除可能通过使小鼠黑质多巴胺能神经元突触后电位长时程增强,从而增强兴奋性突触传递活动,参与运动调控。

基因修饰技术及其在动物育种和生物医药领域的应用

基因修饰技术是一种能精确改造生物基因组,实现外源基因定点整合和基因定点敲除的技术。早期的基因修饰形式主要是转基因,随着科学研究的不断深入,新型基因修饰方法也逐渐研发出来,包括敲除、敲入、定点突变等。根据研究或应用的目的,可以将基因修饰技术分为转基因和基因敲除两方面内容。近年来,随着现代分子技术的高速发展,基因修饰技术不断改进创新,其相关方法和技术已逐步应用于改良家畜性状、研究基因功能、制作动物生物反应器以及构建人类疾病动物模型等领域中,使得畜禽基因功能的研究和转基因育种更加高效,在动物遗传育种以及生物医药等领域取得了显著成就,弥补了传统转基因技术的随机整合、遗传不稳定等缺陷,具有广阔的发展前景。作者从动物转基因和基因敲除技术两方面阐述了基因修饰技术的发展现状及发展趋势,并简要概括了基因修饰技术在动物育种和生物医药领域的应用现状。

基于293T-Cas9细胞株构建ICP34.5基因敲除的oHSV-1/Ecfp病毒

目的构建稳定表达Cas9蛋白的工具细胞,并利用短回文重复序列/相关蛋白9(CRISPR/Cas9)编辑技术改造1型单纯疱疹病毒(HSV-1),获得ICP34.5基因敲除的oHSV-1/Ecfp重组病毒。方法利用慢病毒包装体系,将包装Cas9表达质粒的病毒感染HEK293T细胞,然后经嘌呤霉素筛选获得稳定表达Cas9蛋白的293T-Cas9细胞株,通过聚合酶链式反应(PCR)及蛋白质免疫印迹技术检测Cas9基因及蛋白表达情况;利用分子克隆技术构建HSV-1病毒ICP34.5基因敲除的基因编辑质粒(pU6-Ecfp);pU6-Ecfp转染293T-Cas9细胞后感染野生型HSV-1病毒,在胞内通过CRISPR/Cas9技术敲除HSV-1病毒中ICP34.5基因,再利用增强型青色荧光(Ecfp)示踪及极限稀释法进行病毒富集纯化,通过PCR法进行oHSV-1/Ecfp病毒鉴定。结果PCR扩增、核酸电泳及蛋白质免疫印迹技术结果显示,细胞株293T-Cas9高转录Cas9基因及高表达Cas9蛋白;通过PCR鉴定及荧光示踪结果显示,基因编辑质粒pU6-Ecfp构建成功;Ecfp荧光示踪、PCR扩增及核酸电泳结果显示,Ecfp成功插入ICP34.5基因敲除位点,获得oHSV-1/Ecfp重组病毒。结论稳定表达Cas9蛋白的293T-Cas9细胞可作为CRISPR/Cas9基因编辑的工具细胞,构建的HSV-1/Ecfp病毒实现了ICP34.5基因敲除及Ecfp示踪蛋白的敲入。

基因敲除技术的研究进展

基因敲除（gene knockout）技术是于20世纪80年代建立并发展起来的分子生物学技术.该技术是以DNA同源重组技术和胚胎干细胞技术为基础,经过30余年的发展,现今已经有多种基因敲除技术被应用于分子生物学、遗传学等诸多领域.

利用Cre/loxp技术构建血管内敲除cdc42基因杂合子小鼠

目的:利用Cre/loxp条件性基因敲除技术构建血管内敲除cdc42基因杂合子小鼠,并进行鉴定,为进一步在整体动物水平研究cdc42在维持微血管屏障中的作用提供研究平台。方法:将引进的cdc42flox/flox小鼠和血管内皮细胞特异性表达Cre重组酶的小鼠分别进行繁殖和鉴定,然后两种小鼠进行杂交,并对其子代小鼠的基因型进行鉴定,其子代基因型为Cdc42flox/+Cre+的小鼠即为本实验所构建的血管内敲除/-cdc42基因杂合子小鼠。结果:从引进这两种小鼠开始繁殖5个月,共繁殖cdc42flox/flox小鼠40只,取其21只进行鉴定,均为cdc42flox纯合的子小鼠。血管内皮细胞特异性表达Cre重组酶的小鼠和野生型C57小鼠杂交后繁殖,共得到子代小鼠36只,其中表达Cre重组酶的小鼠17只,基因型为cdc42flox/flox与表达Cre重组酶的杂合子小鼠杂交并繁殖,得到基因型为Cdc42flox/+Cre+的小鼠10只,基因型为Cdc42/-flox/+Cre-13只。这/-两种基因型小鼠其身高、体重无明显差异。结论:本研究利用Cre/loxp技术成功构建了血管内敲除cdc42基因杂合子小鼠,为进一步构建血管内敲除cdc42基因小鼠奠定基础,为在整体动物水平研究cdc42在维持微血管屏障中的作用提供研究平台。

利用TALENs技术制备瘦素基因敲除的大鼠

目的瘦素(leptin)是一种调节机体摄食和能量代谢的细胞因子,也参与神经细胞发育、免疫、糖脂代谢等,由于大鼠在代谢和神经研究等方面的优点,研制leptin基因敲除大鼠(leptin-/-),为这几方面的深入研究提供模型。方法利用类转录激活因子效应因子核酸酶(transcription activator-like effector nucleases,TALENs)技术,制备leptin-/-大鼠。利用称量方法测定不同时间点的体重变化,利用磁共振成像观测大鼠脂肪积累及分布,利用病理学方法观察胰腺的病理变化,并进行血生化、腹腔糖耐受实验及葡萄糖刺激下的血清胰岛素含量测定。结果获得一个在leptin基因编码区418～425位有8个碱基缺失的首建鼠,由于产生了TGA终止密码子,使该蛋白C末端缺失了28个氨基酸。Leptin-/-大鼠从5周龄开始出现显著的体重增加,到4月龄时体重比野生SD大鼠(leptin+/+)增加了52%。2月龄MRI结果显示leptin-/-大鼠与leptin+/+大鼠相比,在腹腔和皮下均有更多的脂肪积累,同时病理观察也发现leptin-/-大鼠胰腺中胰岛细胞显著增生。4月龄时,leptin-/-大鼠的血清中甘油三酯和胆固醇含量分别是leptin+/+大鼠的8.4倍和1.8倍,同时出现了明显的糖耐受受损和高胰岛素血症。结论利用TALENs技术成功建立了瘦素基因敲除大鼠,并表现出明显的肥胖、高胰岛素血、高脂血和糖代谢异常。结果表明:该敲除大鼠可作为代谢、神经、免疫等研究的潜在模型。

Red同源重组技术在大肠埃希菌基因敲除中的应用

近年来,大肠埃希菌一直是分子生物学和基因组学的重要研究对象。20世纪80年代以来,生物学家发展了一种新型分子生物学技术-基因敲除。大肠埃希菌基因敲除技术发展迅速,各种新型技术的出现使得其基因组的改造较以往更为快速、简单,尤其是Red同源重组技术在大肠埃希菌基因敲除中的应用已经越来越成熟。本文简要综述了利用Red同源重组技术进行大肠埃希菌基因敲除的原理、策略及应用现状。

基于CRISPR/Cas9技术建立敲除Plac9基因的人胚肾细胞株

目的:通过CRISPR/Cas9基因编辑技术和流式细胞术相结合,获得可编辑Plac9基因敲除的人胚肾细胞株(293T).方法:根据Plac9外显子设计了4个sgRNAs(S1,S2,S3,S4),分别将其与PX458载体连接,构建了PX458-S1(S2/S3/S4)载体.通过转染试剂lipo2000将表达载体分别转染至293T细胞中,并以流式细胞术对带绿色荧光蛋白标记的细胞进行单细胞分选,分选后的细胞培养一段时间后,用基因组测序和错配酶酶切进行筛选.从筛选好的细胞中提取蛋白,进行WesternBlot检测敲除效率.结果:采用CRISPR/Cas9和流式细胞术结合技术成功构建了Plac9蛋白表达缺失的人胚肾细胞株.结论:该方法简便快捷、效率高,可广泛地用于编辑各种细胞和细胞功能研究.

基因敲除技术在2型糖尿病研究中的应用

基因敲除技术是研究基因功能的重要手段 ,近年来该技术在糖尿病的研究领域中得到普遍应用 ,尤其是条件性基因敲除技术的出现 ,进一步深化了糖尿病候选基因的在体研究。本文介绍基因敲除的基本原理及各种单基因、多基因、组织特异性基因敲除的 2型糖尿病动物模型。

基因敲除技术在结核病研究中的应用

1989年,美国科学家Capecchi[1]通过研究胚胎干细胞同源重组原理获得的基因敲除小鼠取得成功,因此,Capec-chi与美国科学家Smithies、英国科学家Evans共同分享了2007年诺贝尔生理学或医学奖,成为基因敲除研究史上的又一里程碑。经过20多年的不断发展,

CRISPR/Cas9技术在昆虫基因功能研究中的应用及优化

主要概述了CRISPR/Cas9技术应用于涉及鞘翅目、鳞翅目、膜翅目、半翅目、直翅目和双翅目的昆虫在色素沉着、抗性、嗅觉、交配和性别发生等方面的研究进展,包括基因敲除和基因敲入技术的应用,同时总结了目前CRISPR/Cas9系统的优化方案,最后对改良CRISPR/Cas9系统在昆虫基因组学研究和农业害虫防控的应用前景进行了展望。利用基因编辑技术对昆虫基因功能进行探究是除基因过表达、RNA干扰等方法外的一种有效策略。CRISPR/Cas9技术是近年来出现并迅速发展的第三代基因编辑工具,以操作简便、成本低和编辑效率高等优点而被广泛应用于生物科学中的各个分支。

敲除技术及转基因动物模型在遗传病研究中的应用

合适的动物模型对于人类遗传病的研究意义重大。转基因技术允许人为改造动物基因组 ,并能在活体水平上研究基因的结构和功能 。

黄曲霉基因敲除体系的构建及其RNA依赖的RNA聚合酶1基因在生长发育中的作用

目的探讨黄曲霉(A.flavus)基因敲除体系的构建和RNA依赖的RNA聚合酶1(RDRP1)基因在A.flavus生长发育中的作用。方法通过National Center for Biotechnology Information网址查找RDRP1基因,设计上下游序列引物,引入融合片段20 bp,采用重叠PCR(overlap PCR)法融合RDRP1基因上下游片段和嘧啶磺胺抗性基因(ptrA);采用聚乙二醇(PEG)介导方法将该融合片段导入A.flavus的原生质体中获得RDRP1阳性转化子(ptrA抗性),采用Sourthern blot鉴定筛选RDRP1基因突变菌株;对RDRP1基因突变菌株,采用十字交叉法测定生长速率、血细胞计数板统计产孢量,手动计数Wickerham Medium(WKM)+尿嘧啶尿苷(UU)培养基上产生的菌核数量。结果获得ptrA抗性转化子13个;Sourthern blot鉴定4个为RDRP1基因缺失菌株,效率30.8%;与CA14相比,RDRP1基因突变菌株在表型、生长率、产孢量及菌核发育上差异无统计学意义(P>0.05)。结论overlap PCR结合PEG介导转化的方式可短时间内获得A.flavus基因敲除突变菌株,RDRP1基因不参与A.flavus表型、生长率、产孢量及菌核发育的调控作用。

卡介苗菌MDP1基因敲除技术的研究

目的 在卡介苗中建立基因敲除技术。方法 通过分别设计两绔引物，将靶基因[DNA结合蛋白1(MDP1)基因]通过聚合酶链反应(PCR)的方法扩增得到2个片段，分别插入pKO质粒中，构建得到基因敲除质粒pKO-MDPI，电转入至卡介苗菌株细胞内并与BCG基因组中的MDP1基因同源交换，筛选出敲除菌株，并测其生长曲线。结果 通过2次PCR筛选和1次蔗糖反筛选后得到的，并在含潮霉素培养基上不能生长的菌株为MDP1基因敲除菌株，对敲除菌株与原代菌株每12h测定其菌液的60hm处吸光度(A600)值，连续16d。两者的生长速度曲线呈现“S”形，两者之间的生长速度未见明显差别。结论 pKO质粒可作为基因敲除有用的质粒载体，MDP1基因可能是影响BCG生长的因素之一，但不是惟一的因素。