以目标为导向的英才计划生物学科人才培养策略

中学生英才计划是国内重要的科技后备人才培养战略。自2013年至今,我有幸作为导师,承担英才计划学员的培养工作。在完成培养的学员中,有1名学员被美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校录取,1名被墨尔本大学录取,1名被香港大学录取,1名被香港中文大学录取,1名被清华大学录取,7名考进浙江大学,还各有1名考进了华中科技大学和华东师范大学。在培养实践中,我们摸索出了以目标为导向的英才计划学员培养策略。

不同打靶位点影响人诱导多能干细胞MYO7A杂合突变位点的基因校正中CRISPR/Cas9介导的同源重组效率

应用CRISPR-Cas9系统对人诱导多能干细胞(human induced pluripotent stem cells,hiPSCs)进行基因编辑,为疾病模型的建立、致病机制研究、药物筛选及基因校正治疗疾病提供了更广阔的平台。相对于CRISPR-Cas9介导的基因敲除,应用该系统介导的同源重组实现基因点突变或突变校正效率要低、且难度偏大。为了实现对MYO7A杂合点突变(c.4118C>T)的人i PSCs的点突变校正,本文构建了表达maxGFP的pX330质粒。针对需校正的突变位点,设计5组识别序列并连接到maxGFP-pX330中构建靶向质粒。将5组打靶质粒分别转染HEK 293FT细胞48 h,细胞表达GFP;测序结果显示,MYO7A基因相应位点出现杂峰,表明打靶质粒具有打断活性。将同源模版单链寡核苷酸链(single-stranded DNA oligonucleotides,ss ODN)与打靶质粒共同电转入人i PSCs后48 h,经流式分选出(5. 8±2. 2)%的细胞表达GFP。分选后细胞行单克隆扩增并测序。结果显示,打靶质粒1和ss ODN组合对点突变校正未成功;打靶质粒2、3、4、5与ss ODN组合均获得了校正后的细胞株。本研究表明,打断位点是影响同源重组校正效率的关键因素。当应用CRISPR/Cas9(或其它核酸酶)介导的同源重组进行基因编辑操作时,可以同时选择多个打靶位点造成基因组不同位置上的双链打断(double-stranded break,DSB)位点,以获得目的单克隆细胞株。本研究为应用CRISPR-Cas9系统对人诱导多能干细胞进行基因编辑提供了有力参考。

卤虫的生殖方式及其调控机制研究进展

生物的生殖方式及其调控机制是生命科学最基础和最重要的研究内容之一。卤虫是一类具有优良经济价值和科研价值的小型甲壳动物,依据生殖方式可分为八个两性物种和众多地理孤雌种群,是理想的生殖机制研究模型动物。对于卤虫生殖机制的早期研究主要集中于两性物种/孤雌种群鉴定、染色体核型分析、种间杂交实验、生物地理学、群体遗传学等方面,也存在着不少争议性的结果。近年来,随着相关研究数据的积累和卤虫完整基因组序列的解析,对于卤虫性别决定机制以及孤雌发生机制的研究已逐渐聚焦于基因组水平的基因表达调控等方面。在这一背景下,本文总结了卤虫生殖机制的研究历史和前沿,并结合本团队的研究和思考,分别对两性卤虫和孤雌卤虫的性别调控机制相关信息进行了整理,并对今后相关领域的研究方向和有待解决的问题进行了展望。

肺成体干细胞体外培养模型的研究进展

目前,肺体外培养模型有肺类器官和肺芯片两种主要手段。肺类器官是离体的肺上皮干细胞在体外特定的三维培养环境中生长,自发形成具有自我更新能力的干细胞簇并成功分化出功能细胞。肺芯片是利用人工活性膜为细胞提供组织分层结构,模拟微环境和机械力的仿生微流体芯片。由于原有二维培养模式缺乏精确的微结构和功能,组织体外培养模型作为模拟肺部发育、稳态、损伤和再生机制的研究工具,为肺部纤维化、癌症等疾病的探索提供了新的手段和可能。本文就肺成体干细胞两种体外培养模型的分类、研发历史、建立方法、实际应用、优缺点等方面进行综述,期望为器官移植和再生、药物筛选等应用提供参考。

斑马鱼myo7ab基因敲除品系的构建

MYO7A是人类Usher综合征(US)的致病基因。由MYO7A突变导致的Usher综合征病例占Usher综合征1型病例的29%~55%。研究发现人类MYO7A突变能够导致Usher综合征1B型(USH1B),包括感觉神经性听力损伤及年龄依赖性视网膜色素变性(RP),但其分子机制尚不清楚。为了研究该基因在内耳及视网膜发育中的具体分子作用机制,利用Cloning free CRISPR/Cas9基因编辑技术构建斑马鱼myo7ab基因敲除品系。首先,通过分析软件筛选出该基因的敲除位点,利用聚合酶链式反应(PCR)技术扩增该基因的向导DNA(gDNA),再以gDNA为模板转录得到向导RNA(gRNA),将gRNA和Cas9蛋白共同注射到斑马鱼1细胞期胚胎中;随后,进行基因编辑的有效性检测。研究结果表明,CRISPR/Cas9系统对该基因的敲除有效。对其进行进一步筛选,成功获得斑马鱼myo7ab基因敲除突变品系,这为研究该基因在内耳及视网膜发育过程中的作用奠定了基础。

不同肝脏损伤模型下新生肝细胞来源研究进展

肝脏是执行很多重要生理功能的器官,它具有强大的再生能力,在损伤后可以迅速恢复到原本的体积。它的再生特性得益于肝细胞和胆管上皮细胞在损伤后的快速增殖;然而,在极端急性损伤或长期慢性损伤的情况下,肝脏可能无法再生或再生不佳。有众多研究表明,不同的肝损伤模型会动员不同的细胞亚群促进肝再生。该文主要介绍了五种不同的肝脏损伤模型,并对在不同损伤情况下新生肝细胞的来源、胆管上皮细胞与肝细胞的互相转换等方面进行了总结,为肝脏后续相关研究和疾病治疗提供了借鉴。

硫氧还蛋白的结构及在生物抗氧化中的功能

硫氧还蛋白(thioredoxin,Trx)是广泛存在于原核与真核生物体内的氧化还原调节蛋白。Trx通过对目标蛋白质进行还原,从而调节机体的氧化还原平衡。Trx与硫氧还蛋白还原酶(thioredoxin reductase,TrxR)及NADPH共同组成硫氧还蛋白系统参与众多生理过程。细胞中的活性氧是导致生物氧化胁迫的一个主要方面。Trx可以通过对细胞内被氧化的二硫键的还原来修复机体的氧化损伤,并通过这种方式防止机体衰老。同时,Trx系统可以与其它氧化还原系统如谷胱甘肽(GSH)系统协调配合,并消除体内过多的活性氧。