基因编辑技术及其在中国的研究发展

基因编辑技术是一种能够对生物体的基因组及其转录产物进行定点修饰或者修改的技术,早期基因编辑技术包括归巢内切酶、锌指核酸内切酶和类转录激活因子效应物。近年来,以CRISPR/Cas9系统为代表的新型技术使基因编辑的研究和应用领域得以迅速拓展。本文对基因编辑技术的原理、技术发展及其应用进行了阐述,对我国在基因编辑机制研究及技术发展、基因编辑动植物模型构建、基因治疗等领域的研究进展进行了回顾,并对基因技术的发展前景及趋势进行了展望。

基因组编辑技术及其在合成生物学中的应用

基因组编辑技术是一种能够定向修改基因组的强有力工具。近年来,CRISPR/Cas9系统因其易于构建、编辑效率高等优点逐渐成为应用最为广泛的基因组编辑工具。合成生物学作为一门整合了工程学思维以及生物学原理的新生交叉学科,在生物学、医学、化学、农业、能源和环境等领域发挥着重要的作用。合成生物学对于DNA等遗传物质的合成、组装和编辑等操作有着巨大的需求,因此基因组编辑技术在合成生物学中有着广泛的应用。本文综述了以ZFN和TALEN为代表的早期基因组编辑技术,以及新型CRISPR/Cas9基因组编辑技术的原理、发展、作用机制、系统优化、衍生技术以及应用。同时也介绍了基因组编辑技术在基因表达调控、微生物基因编辑和分子记录等合成生物学领域的应用,并展望了基因组编辑技术的前景以及在合成生物学领域的发展趋势。

基因组靶向敲入技术在模式动物中的发展与应用:以斑马鱼为例

基因组靶向敲入是指将特定的外源核酸序列转入细胞或个体基因组中的特定位点,以实现条件性基因敲除、单碱基或序列替换、细胞或基因标记等多种精确和(或)复杂的基因组靶向修饰。通过长同源臂介导的同源重组(HR)和微同源序列介导的同源修复两种途径可实现精确的靶向敲入,非同源末端连接(NHEJ)途径则可介导非精确的靶向敲入,或称靶向插入。一般而言,基于同源序列的精确敲入的效率低于NHEJ诱导的靶向插入。受益于以TALEN、CRISPR/Cas系统为代表的人工核酸内切酶介导的基因组编辑技术的飞速发展,基因组靶向敲入得以在多个物种中越来越广泛地应用,并极大地推动了基因功能与疾病模型研究。不过,在个体水平上,相比于简单的indel突变,基因组靶向敲入仍较难实现,效率仍然偏低。现介绍基因组靶向敲入的基本原理,并以斑马鱼为例,介绍基因组靶向敲入在模式动物中的应用与相关技术的发展历程,并着重强调实验设计与操作的要点,同时对基因组靶向敲入技术的发展进行了展望。