CRISPR/Cas系统及其在结核分枝杆菌研究中的应用

簇状规则间隔的短回文重复序列（CRISPR）/CRISPR相关蛋白（Cas）系统是一种针对入侵核酸的可遗传性原核适应性免疫系统。CRISPR/Cas系统可以产生高度特异性的基因双链断裂,并通过非同源末端连接（NHEJ）或者同源重组（HR）进行修复,如今已经成为许多生物方便有效的基因组编辑工具。结核分枝杆菌因其基因操作的复杂性,其基因组研究存在诸多困难,因此,CRISPR/Cas系统的出现对结核分枝杆菌的研究具有里程碑式意义。本文围绕CRISPR/Cas系统在结核分枝杆菌中的应用,综述了国内外最新的研究进展,为结核分枝杆菌研究方法的选择提供参考。     

CRISPR/Cas9基因编辑技术在绵羊中的应用研究进展

随着基因编辑技术的迅速发展,研究者利用基因编辑技术在越来越多的领域中取得了许多突破性的进展。目前,众多的基因编辑工具中CRISPR/Cas9（clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9）系统应用最为广泛。CRISPR/Cas9及其衍生出的碱基编辑器（base editor,BE）和先导编辑器（prime editor,PE）系统使研究者可以在目标基因组中简单、高效地完成碱基的删除、插入和替换等修饰。CRISPR/Cas9相关基因编辑技术在生产具有特定遗传特征的动物方面有巨大的潜在价值。绵羊作为具有许多重要经济性状的家畜,是理想的基因工程研究大动物模型。CRISPR/Cas9相关基因编辑技术已经用于绵羊基因组工程研究,如生产具有优良特性的品种,利用乳腺生产疾病治疗药物,构建用于人类疾病和再生医学研究的动物模型。作者从CRISPR/Cas9基因编辑技术的原理出发,着重阐述了利用CRISPR/Cas9系统进行基因编辑的具体流程,并概述了CRISPR/Cas9系统在绵羊研究和生产中的应用情况。     

嗜冷黄杆菌CRISPR/Cas系统生物信息学分析

为了开发基于嗜冷黄杆菌CRISPR/Cas系统的基因组编辑技术,本研究对嗜冷黄杆菌的CRISPR/Cas系统结构及其作用机制进行生物信息学分析。从GenBank数据库中获得8株嗜冷黄杆菌的全基因组序列,利用CRISPRCasFinder软件查找成簇规律间隔短回文重复序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR）结构和CRISPR相关（Cas）蛋白在嗜冷黄杆菌基因组上的数量和分布;利用CRISPRFinder软件分析CRISPR结构的重复序列和间隔序列,并使用Mega X软件对cas基因核苷酸序列做相似性对比;通过与重复序列配对,获得反式激活crRNA （trans-activating CRISPR RNA,tracrRNA）与重复序列配对序列,使用ARNold软件预测tracrRNA基因的终止子;使用BPROM软件预测tracrRNA基因和crRNA前体（pre-CRISPR RNA,pre-crRNA）的启动子;使用Clustal X软件对所有的间隔序列做相似性对比,并使用CRISPRTarget软件对独特的间隔序列配对从而获得原间隔序列（protospacers）及原间隔序列邻近基序（protospacer adjacent motif,PAM）序列;使用WebLogo软件使PAM序列可视化。结果显示,8株嗜冷黄杆菌均含有1个完整的CRISPR/Cas9系统,由1个CRISPR结构和3个Cas蛋白组成。CRISPR结构由短而重复的序列即重复序列和短而可变的序列即间隔序列相间排列组成;重复序列大小为46 bp,核苷酸序列高度保守;间隔序列大小在29~31 bp之间,数量在20~41个之间。Cas蛋白含有Cas9、Cas1和Cas2,并且cas基因核苷酸序列高度保守。8株嗜冷黄杆菌的tracrRNA基因均位于cas9基因上游并且核苷酸序列相似性为100%。tracrRNA上有一段大小为24 bp的核苷酸序列,其中23个核苷酸与重复序列完全配对。每个重复序列均含有一个较短的启动子,可单独启动pre-crRNA的转录。不同菌株的间隔序列比对结果表明,新获得的间隔序列可以插入到嗜冷黄杆菌CRISPR结构的5'端或内部。在65个独特的间隔序列中,13个间隔序列能够配对上原间隔序列,这些原间隔序列均来源于噬菌体或质粒。原间隔序列上游侧翼序列分析结果表明,嗜冷黄杆菌Cas9识别的PAM序列是5‘-GANTTTT-3’。以上结果表明嗜冷黄杆菌的CRISPR/Cas9系统理论上可以开发适用于嗜冷黄杆菌的基因组编辑技术。     

CRISPR/Cas9基因敲除研究进展

功能基因组学的发展促进基因敲除技术的进步,基因敲除技术从载体的构建到细胞筛选再到动物模型都取得长足进步。基因敲除手段种类繁多,其中CRISPR/Cas9作为常用的基因编辑技术,具有高效、便捷、精确等优点,在农业、医学、生物学的模型构建中被广泛运用。随着科研工作的逐渐深入,CRISPR/Cas9技术逐渐渗透到植物和微生物研究领域中。文章综述近年来CRISPR/Cas9的应用,为科研工作的开展提供参考。     

家禽疱疹病毒CRISPR/Cas9基因编辑最新研究进展

基于CRISPR/Cas9系统的基因编辑是最新一代的基因组编辑技术，在向导RNA （gRNA）的介导下几乎可以靶向编辑任何一种基因，实现基因组的定点突变、敲除或插入。近年来将CRISPR/Cas9基因编辑技术应用于大基因组DNA病毒的研究，尤其是用于疱疹病毒的基因编辑已成为病毒学研究领域的最新国际热点。自2016年首次报道利用CRISPR/Cas9系统改造家禽疱疹病毒如马立克病病毒（MDV）基因组以来，短短5年时间已全面应用于家禽疱疹病毒的蛋白编码基因和非编码RNA基因的编辑、基因缺失疫苗和重组疫苗研发、抗病毒治疗以及抗病育种等领域。本文详细综述了当前CRISPR/Cas9基因编辑技术在家禽疱疹病毒中的应用进展和最新成果，并对其面临的问题和前景进行了展望，以期为后续研究提供重要参考。     

CRISPR/Cas9系统在家禽中应用研究进展

CRISPR/Cas系统是一种在细菌和古细菌中发现的获得性免疫系统,由规律成簇间隔短回文重复序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR）和CRISPR相关蛋白（CRISPR-associated proteins,Cas）组成。在此基础上改造获得的CRISPR/Cas9基因定点编辑技术可通过设计小的单链引导RNA（single guide RNA,sgRNA）对目标基因进行定向编辑。家禽作为农业经济动物,能够快速高效地生产蛋和肉产品,是世界范围内重要的蛋白质来源,也是极具价值的脊椎动物发育生物学模型。但是受限于卵生动物特点,家禽的受精卵与蛋黄表面紧密结合,未受精的卵子非常难取出,对家禽单细胞阶段受精卵进行靶向遗传修饰的可行性较低,因而家禽功能基因及转基因研究进展较为缓慢。CRISPR/Cas9基因定点编辑技术相较于其他基因编辑系统操作简单,靶向效率高,极大地推动了家禽功能基因的研究进展,是目前筛选和验证家禽功能基因的最有效的工具之一。文章综述了近年来CRISPR/Cas9在家禽细胞、生长发育和性腺分化、家禽疾病、家禽胚胎编辑和转基因家禽制备上的研究进展,以期为CRISPR/Cas9在家禽上的深入研究和应用提供参考。     

CRISPR/Cas9基因编辑技术在家畜育种新材料创制中的研究进展

规律性成簇间隔的短回文重复序列/CRISPR相关蛋白（clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated,CRISPR/Cas）系统是最新一代能对细胞或生物体基因组进行精准编辑的基因工程技术,与前两代基因编辑技术ZFN和TALEN相比,CRISPR/Cas具有应用成本低、适用编辑范围广、打靶效率高、操作简单、可支持多位点操作等诸多优点。近年来,CRISPR/Cas系统尤其是Type II类、A型的CRISPR/Cas9系统已经作为最新一代基因编辑技术被广泛应用于提高家畜繁殖效率、生产性能、抗病性以及动物模型构建等研究中,并创制了一批基因编辑牛羊育种新材料。本文就其发展历程、技术改造和优化最新进展以及在家畜繁殖性状、生产性状和抗病性状等方面的研究应用进行综述,重点介绍了该系统在家畜育种学研究中已取得的最新进展,并就CRISPR/Cas9基因编辑技术在家畜育种应用中现存的问题及其应用前景进行简要论述。     

CRISPR/Cas9系统在寄生原虫基因编辑中的应用

原虫生活史复杂，大部分难以通过体外培养完成整个生活史，缺乏高效的基因编辑系统。CRISPR/Cas9系统可以通过人工设计的方式，实现基因的精确、高效、快速编辑，被广泛应用于基因工程各个领域。CRISPR/Cas9系统为原虫的未知功能基因研究开辟了新途径。本文介绍CRISPR/Cas9系统的原理和目前在寄生原虫中的基因定位、基因功能研究、高通量基因家族筛选等方面的应用。     

CRISPR/Cas9系统在寄生虫基因组编辑中的应用研究进展

基因编辑是一种依赖于核酸内切酶对目标基因进行定向改造的现代生物学技术,可实现特定片段的加入、删除,以及特定碱基的插入、缺失、替换等。CRISPR/Cas9系统(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/associated nuclease 9)是在细菌和古细菌中发现的一种用来抵御外源质粒和噬菌体入侵的获得性免疫系统,经改造后已成为一种新型的基因组编辑工具,因其具有操作简单、成本低、切割效率高等优点被广泛应用于多种动物、植物及微生物等的基因组编辑。应用CRISPR/Cas9系统在进行基因编辑的基础上可分析和验证基因功能、研究遗传育种及筛选药物靶点和疫苗分子等,以达到减弱病原微生物致病性、增强动植物抗病性、治疗遗传性疾病、病毒性感染及肿瘤等目的。寄生虫因其生活史复杂,与细菌和病毒相比基因组较大、结构较复杂,缺乏有效的研究工具等原因,使得相关研究进展缓慢,而CRISPR/Cas9基因编辑技术的出现为基因功能研究提供了新的技术手段。笔者对CRISPR/Cas9系统的发现及其在寄生虫基因组编辑中的应用研究进展进行综述,并对该系统的应用现状和发展进行总结和展望。     

CRISPR/dCas9技术在基因表达调控中的研究进展

CRISPR/dCas9是在CRISPR/Cas9基因编辑系统的基础上改造升级建立起的一种用于调控基因组转录与表观遗传修饰的系统,它不仅继承了CRISPR/Cas9系统的精准性,同时还展现出了良好的作用效果。在该系统中dCas9蛋白保留了Cas9蛋白结合DNA的能力而切割功能不复存在。将dCas9蛋白与不同的激活、抑制效应子域和表观遗传调控酶偶联,可以对基因表达与表观遗传修饰进行精确调控。组蛋白乙酰化、组蛋白甲基化、DNA甲基化等表观遗传修饰过程是基因表达的基础,对整个生命过程作出了巨大的贡献,同时表观遗传与多种疾病和癌症都存在因果关系,因此以CRISPR/dCas9系统为框架的不同表观遗传修饰系统在人类疾病治疗和癌症研究领域具有重要的研究价值。笔者简要介绍了CRISPR/Cas9系统的发现过程以及作用原理,主要总结了以CRISPR/dCas9系统为框架的不同调控系统在基因表达调控和表观遗传调控中的应用以及优化过程,以期为从事相关领域的科研工作者提供一些参考。     

CRISPR/Cas9基因编辑技术及其在肉牛基因组编辑中的应用

自DNA双螺旋结构发现以来,人们在基因的编辑和改造方面取得了长足步,CRISPR/Cas9技术的出现为基因编辑提供了一个新方法。CRISPR/Cas9系统是由 CRISPR基因座与Cas9蛋白组成的基因编辑系统,相比于传统的ZFNs技术和TALENs技术,具有便捷、高效、应用范围广、精确的优点。肉牛作为重要的畜牧经济动物,CRISPR/Cas9技术也被运用于其品种改良,涉及的方面有抗病抗逆、改善肉质、提高出肉率等。本文将阐述近年来CRISPR/Cas9技术在肉牛上的应用,为后期相关研究提供参考。     

利用CRISPR/Cas9和λ-Red级联技术构建产肠毒素大肠杆菌LT敲除菌株

本研究旨在利用CRISPR/Cas9和λ-Red级联的技术对产肠毒素大肠杆菌（enterotoxigenic Escherichia coli，ETEC）K88的热不稳定性肠毒素（heat-labile toxin，LT）基因进行无痕敲除并获得K88 LT^-缺陷菌株。通过序列比对获取LT两端同源序列，并构建包含LT边界、氯霉素筛选标记、sgRNA和LT同源臂的供体片段；将供体片段转化至ETEC K88，同时分别利用λ-Red同源重组系统和CRISPR/Cas9基因编辑系统，对LT基因进行敲除；通过PCR验证获得了K88 LT^-缺陷菌株，并通过试验测定了敲除菌株的溶血能力和生长曲线。结果显示，λ-Red同源重组系统可成功地将LT基因替换为相应的供体片段，CRISPR/Cas9基因编辑系统可高效地对筛选标记进行删除，最终通过λ-Red和CRISPR/Cas9结合的基因编辑系统可成功对ETEC K88的LT基因进行无痕敲除。体外试验结果表明，K88 LT^-缺陷菌株的溶血能力丧失，并且生长速度比野生型菌株减缓，LT可能和ETEC K88的致病能力和生长性能有关。表明λ-Red和CRISPR/Cas9级联的基因敲除方法可用于LT毒素基因及其他一些大肠杆菌基因的敲除。K88 LT^-缺陷菌株的构建为下一步研究LT毒素的致病机制奠定基础。     

CRISPR/Cas9基因编辑技术在重要猪病毒病防控中的研究与应用

规律成簇的间隔短回文重复序列系统（clustered regularly interspaced short palindromic repeat，CRISPR）是一种广泛存在于古细菌和细菌中，由RNA介导在Cas蛋白协助下发挥作用的获得性免疫系统，目前，已发现的CRISPR系统中以CRISPR/Cas9应用最为广泛，本文主要对CRISPR/Cas9系统的基本原理和研究进展进行概述，着重介绍其在重要猪病毒病防控中的应用，包括改造宿主和改造病毒两方面，该技术为研究病毒致病机制、新型疫苗研发以及抗病育种研究等提供了强有力的工具，对疫病的控制有着深远的影响。     

CRISPR/Cas9系统:基因组定点编辑技术及其在植物基因功能研究中的应用

CRISPR/Cas系统是细菌和古细菌在长期演化过程中形成的一种适应性免疫防御系统,可用来对抗入侵的病毒及外源DNA。相比锌指核酸酶(ZFNs)和TALE核酸酶(TALENs),基于RNA指导的Ⅱ型CRISPR/Cas9系统为基因组定点编辑开辟了一条新的道路,在基因功能研究中具有效率高、成本低、易于操作等显著优点。本文从CRISPR/Cas9系统的基本结构、作用机制及其在植物基因功能研究和作物遗传育种中的应用等方面进行了简述,最后对该系统的发展前景进行了展望。     

CRISPR/Cas9技术在猪、鸡中的应用研究进展

基因编辑是利用核酸酶在基因组的特定位点产生DNA双链断裂，从而触发细胞自身的DNA损伤修复机制，实现对靶基因序列进行位点特异性修饰。规律成簇间隔短回文重复序列（clustered regularly interspersed short palindromic repeat，CRISPR）及其相关蛋白9（Cas9）系统作为第3代基因编辑技术在农业和基因治疗研究中发挥着重要作用，与传统的锌指核酶和转录激活因子样效应物核酶基因编辑方法相比，它可以靶向基因的任何位点引起DNA双链断裂，实现目标基因的精准敲除或插入外源片段，并能快速、高效地修饰基因组，包括基因敲除、敲入、抑制、激活等，是应用最广泛的基因编辑工具。CRISPR/Cas9技术的出现彻底改变了生命科学、医学和遗传学研究现状。近年来，利用CRISPR/Cas9技术对动物基因组进行修饰，开启了畜禽分子育种的新纪元，不仅极大地推动了现代畜禽养殖技术的发展，而且为人类医学研究做出了特殊贡献，特别是在猪和鸡上。作者以猪和鸡为对象，综述了CRISPR/Cas9技术在异体器官移植供体、人类疾病的生物模型、抗病育种材料、全基因组高通量筛选等方面的研究进展，以及如何利用CRISPR技术快速又简单地生产出基因编辑猪、鸡，为推动CRISPR技术制备其他基因编辑动物提供参考依据。     

CRISPR/Cas9基因组编辑技术及其在草类植物中的应用

CRISPR/Cas9系统作为新一代基因组编辑技术,一经问世就受到广泛关注。CRISPR/Cas9系统具有对特定基因位点进行精确修饰(包括敲除、插入、替换等)的强大功能,同时具有操作简单、效率高、适应性广等技术优势,目前已在微生物、植物、动物以及人类基因治疗等整个生命科学领域得到应用。本文简要介绍了CRISPR/Cas9技术的发展历程、作用机理、技术优势、功能及应用领域,总结该技术在植物领域的基因组定向编辑中的研究进展。并提出了这项技术在草类植物基因功能分析、基因代谢调控途径与遗传改良等方面的应用前景,为相关领域的研究工作奠定了基础。     

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。     

CRISPR/Cas9基因编辑技术原理及其在牧草中的应用

CRISPR/Cas9系统是一种新型RNA靶向的基因编辑系统。在近几年的研究中, CRISPR/Cas9基因编辑技术的发展十分迅猛, 因其具有经济、高效、简便的特点而广泛应用于育种、医疗、工业等领域。介绍了2种新型基因编辑技术, 阐述了CRISPR/Cas9的结构、功能以及CRISPR/Cas9基因编辑技术原理, 综述了该技术在牧草中的应用研究进展, 以期为利用CRISPR/Cas9系统研究牧草基因功能及改良牧草性状提供思路。     

CRISPR/Cas9系统在猪基因编辑中的研究进展

随着基因编辑技术不断发展,从最初的同源重组到现在的CRISPR系统,基因编辑的操作步骤得到简化,编辑效率得到提高且降低了成本。CRISPR/Cas9系统可在RNA的引导下对特定DNA位点进行靶向编辑,CRISPR/Cas9技术操作简单、定位准确,近年来被广泛使用。本文主要介绍CRISPR/Cas9系统,并对该系统在猪遗传改良、抗病育种、构建人类疾病模型及异种器官移植4个方面的应用研究进行综述。     

Knockout of Myostatin Gene by CRISPR/Cas9 System in Ovine Fetal Fibroblasts

Mutation in myostatin (MSTN) gene resulted in double muscle effect,generating more mutton.To knock out MSTN gene in sheep fetal fibroblast by CRISPR/Cas9 system and obtain MSTN gene knockout cell lines,four plasmids were designed and constructed to target MSTN gene,and confirmed correctly by sequencing.The correct plasmids were delivered into the fetal fibroblast cells.The targeting efficiency was detected using SURVEYOR assay Kit.The stable transfected cell colonies were obtained via limiting dilution procedure.The sequence results demonstrated that the pX330-target 1 and pX330-target 4 plasmids could successfully knockout MSTN gene,and the targeting efficiency were 24.20% and 10.18%,respectively.Twelve MSTN gene knockout cell colonies were obtained via limiting dilution,and one of them was homozygous mutation.Several indel mutations were discovered at specific site,and some of them were frame-shift mutation.Therefore,we concluded that the CRISPR/Cas9 system could apply to the gene editing of sheep efficiently,and the gene knockout cell clones had potential application in generating MSTN gene knockout sheep.