CRISPR/Cas9技术及其在猪基因编辑中的应用

CRISPR/Cas9 (clustered regularly interspaced short palindromic repeat/CRISPR-associated protein 9)是一种新型基因编辑系统,是由细菌和古细菌对抗入侵病毒及外源DNA的适应性免疫防御系统演变而来的。该系统具有简易、精准、经济和高效的优点,目前已广泛应用于基因编辑及其相关研究中。本文总结了近几年CRISPR/Cas9技术在猪基因组编辑中的研究进展,并展望了其应用前景。

基于CRISPR/Cas9系统在全基因组范围内筛选功能基因及调控元件研究进展

CRISPR/Cas9系统是一种近年来被广泛应用于基因组编辑的强大工具。通过将CRISPR/Cas9系统中的Cas9蛋白突变后,使其失去剪切活性而成为dCas9(nuclease-dead Cas9),再结合基因功能丧失(loss-of-function,LOF)、基因功能激活(gain-of-function,GOF)以及非编码功能基因鉴定技术即可实现全基因组高通量的功能基因及调控元件靶向鉴定和筛选。目前,该技术已被广泛应用于疾病免疫机理、药物靶点筛选和动物遗传育种等研究,为生命医学和基础科学带来了全新高效的技术方法和研究思路。本文综述了基于CRISPR/Cas9技术在全基因组中高通量筛选功能基因及调控元件的方法及研究进展,重点阐述了CRISPR/Cas9系统在动物细胞中筛选功能性基因的方法,以期为基因编辑及相关研究领域提供参考。

猪circRNAs的系统鉴定及特征分析

旨在系统鉴定猪基因组中的环状RNAs(circular RNAs,circRNAs),并对其分子特征进行分析。本研究采集长白、通城和五指山猪16个发育阶段(妊娠33、40、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100和105 d的胚胎以及出生后0和10 d)9种不同组织(背最长肌、心、脾、肺、肝、肾、胃、小肠和腿肌)样品,提取RNA再进行等量混合,构建链特异性转录组文库后,利用Illumina Genome Analyzer II平台进行测序,共获得1.18亿条总reads。采用CIRI2软件鉴定circRNAs,再利用生物信息学工具对鉴定的circRNAs进行分子特征分析。结果,共鉴定了8486条circRNAs,其主要分布在1、6和13号染色体,91%的circRNAs为外显子型,平均长度为350 nt,平均GC含量为47.11%,每条染色体上的circRNAs数目与mRNAs数目显著正相关(R=0.84,P=1.285×10-5)。最后,筛选出3条与骨骼肌生长发育相关的circRNAs(sus-MYH2_0025、sus-CDK13_0002和sus-FANCL_0003)。分析结果表明,sus-MYH2_0025具有高度的组织特异性,sus-CDK13_0002在猪、人和小鼠中高度保守,sus-FANCL_0003在猪和大鼠中高度保守。本研究利用转录组数据在猪基因组中对circRNAs进行系统鉴定和分子特征分析,为circRNA的功能和机制研究提供了丰富的信息,并为猪分子育种提供新的潜在候选基因。

细菌转录因子与基因表达调控

转录因子(transcription factor,TF)是在细胞中通过引导RNA聚合酶与特定的DNA序列相结合,从而调控基因表达的蛋白质。它可使生物体在面对不断变化的环境时迅速做出响应,更好地实现生存适应性。大多数细菌转录因子由DNA结合结构域和调节结构域两部分组成,但也有一些转录因子只有1个DNA结合结构域。根据作用机制的不同可将其分为激活性转录因子与抑制性转录因子。细菌转录因子作为一个调控者不仅广泛调控菌体细胞内的基因表达,也受其他信号分子的调控,彼此形成复杂的调控网络,共同管理基因表达以应对生存环境的变化。鉴于细菌转录因子在基因表达调控中的重要功能,其一直是分子生物学研究的热点。本文总结了近年来相关研究的进展,重点介绍其结构、作用机制及其与菌体抗逆生存的关系,为系统了解其生理功能与应用提供帮助。

燕麦基因组学研究进展

燕麦具有较高的营养价值和保健功能,是一种可用于均衡营养、科学饮食的健康食品,正逐渐受到人们的青睐和认可。基因组学研究有助于燕麦重要农艺性状的定位和克隆,对开发利用燕麦优质种质资源具有重要意义。本文从以下几个方面对燕麦基因组学研究进展进行综述:(1)燕麦属基因组类型、大小及染色体倍性研究;(2)基于多种分子标记手段构建燕麦基因组遗传图谱进展;(3)二倍体、六倍体燕麦基因组测序进展;(4)基于数量性状基因座定位和全基因组关联性分析手段对燕麦基因组功能基因的注释研究;(5)燕麦群体基因组/泛基因组学研究。同时对燕麦基因组学研究方向进行了探讨,以期为今后燕麦遗传育种提供参考信息。

水稻内生成团泛菌YS19与菠萝泛菌YJ76共培养提高环境胁迫生存适应性

成团泛菌(Pantoea agglomerans)YS19和菠萝泛菌(Pantoea ananatis)YJ76是从水稻(Oryza sativa)“越富”品种中分离得到的2株优势内生固氮细菌。利用YS19和YJ76共培养方式模拟菌体栖息微环境,探索潜在的种间生物效应,发现适量的YJ76能够促进YS19共质体的形成并且YJ76细胞可以参与到YS19的共质体结构中,YS19 YJ76接种量比例为103时促进效果最为显著。相比之下,当使用吲哚产量显著下降的YJ76突变株Δzwf与YS19共培养时,上述促进效应均显著减弱。与单独培养相比,共培养显著提高了两个菌株对重金属Zn^(2+)、四环素、紫外线以及干燥的耐受能力,YS19分别提高了63.9%、56.0%、57.4%、72.0%,YJ76分别提高了147.9%、172.7%、266.3%、348.6%。结果表明水稻的两种主要内生菌YS19和YJ76在共栖息时表现为强烈的协同作用,而YJ76产生的吲哚信号分子在这个过程中起到重要调节作用。

利用分子标记辅助选择改良‘长农粳1号’的稻瘟病抗性

稻瘟病是水稻(Oryza sativa L.)生产中最重要的病害之一,选育抗稻瘟病的水稻品种是防治稻瘟病最经济有效的方法。本研究通过连续回交结合分子标记辅助选择,将抗稻瘟病基因Pi2导入到高产优质晚粳品种‘长农粳1号’中,改良‘长农粳1号’的稻瘟病抗性。改良系的背景回复率为94.36%,仅在第6染色体有一个导入片段。‘长农粳1号’改良系的稻瘟病抗性为中感,显著优于‘长农粳1号’。此外,‘长农粳1号’改良系的生育期显著缩短,产量显著下降,品质显著改变。研究结果将为利用分子标记辅助选择改良粳稻的稻瘟病抗性提供科学依据和种质资源。