基因编辑技术及其应用的研究进展

基因编辑技术是一项对生物体内源基因进行精准定点修饰的技术,极大地推动了生命科学的发展进程,是目前生物科学研究领域应用最广泛的技术。基因编辑技术主要包括锌指核酸酶（ZFN）、类转录激活因子效应物核酸酶（TALEN）和规律性重复短回文序列簇（CRISPR/Cas）。基因编辑技术可以特异性识别靶向序列,定点修饰靶向基因,进而深入研究目标基因的功能。基因编辑技术具有操作简便、作用效率高和脱靶率低等优势,因此广泛应用于生命科学研究、疾病模型的构建、药物研发以及农业生产等领域。作者主要介绍了ZFN、TALEN、CRISPR/Cas 3种新型基因编辑技术,综述了基因编辑技术在基因治疗、品种研发和改良、研究功能基因以及构建疾病动物模型等方面的应用,简要讨论了基因编辑技术与传统转基因技术之间的区别,并对基因编辑技术的应用前景进行了展望。     

新型基因组编辑技术研究进展

基因组编辑技术是一种能精确靶向修饰生物基因组,实现对基因定点敲除和外源基因定点整合的技术。新出现的锌指核酸酶(ZFN)、转录激活子样效应因子核酸酶(TALEN)和规律性重复短回文序列簇与Cas9蛋白(CRISPRs/Cas9)系统3种新型的基因组编辑技术通过特异性结构识别靶位点,核酸酶发挥切割作用对靶位点进行定点编辑。3种新型基因编辑技术因具有高效准确、制作简单、耗时短等特点而在生命科学研究中得到广泛应用。论文对目前三种新型的基因组定点编辑技术的特点、结构原理、构建方法以及在传统生物模型、功能基因筛选、人类遗传病基因治疗等方面中的应用做一综述。     

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/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。     

基因敲除技术研究进展

基因敲除(gene knockout)是从基因水平上研究基因功能最有效的方法之一。近来年,随着基因编辑技术的发展,基因敲除技术日趋成熟。文章从基因敲除的发展、技术原理以及在不同种生物中的应用等方面进行了阐述,概述了近几年基因敲除的方法及应用,以期为临床合理有效使用基因敲除技术提供参考。     

基因编辑技术在害虫防治中的应用

本文介绍了三代基因编辑技术ZFN、TALEN及CRISPR/Cas9的作用机制和技术关键,对利用基因编辑技术进行昆虫研究相关的靶标选择案例与实际应用实例进行介绍。针对各项实际案例的研究结果,系统地对这项技术可能出现的问题进行分析阐述,展望其在害虫防治方面的应用前景。     

引导编辑系统的研究与应用进展

引导编辑系统是基于CRISPR/Cas9系统新开发出的一种基因编辑技术，可以精确实现12种碱基的互换、插入和缺失，并且不需要产生双链断裂和引入外源供体DNA。本文从基因编辑的发展历程、引导编辑系统的组成和特点、引导编辑系统的优化、引导编辑系统在动物和植物研究中的应用、引导编辑系统的设计和脱靶效应等几个方面详细的对引导编辑系统近几年的研究及应用概况进行了综述，为促进科研工作者了解引导编辑系统及进一步推进引导编辑系统在动物和植物科学基础研究和育种方面的应用提供参考。     

转基因及基因编辑技术与猪遗传育种

基因编辑是一种利用人工核酸酶系统对特定基因进行敲除、插入或修饰的技术。在猪的传统育种中,存在着选育时间长、低遗传力性状选择效率低等诸多缺陷,而基因编辑技术可以对控制相关性状的关键基因进行改变,不仅可以克服传统育种中的困难,而且在生长速度、瘦肉率、抗病能力、环境改善等方面都有重要突破,成为近年来猪遗传育种的新方向。另外,猪在解剖学与生理学上与人具有高度同源性,使得猪成为疾病模型和异体器官移植的研究热点。本文主要总结了基因编辑和转基因技术在猪现代育种中的相关进展,并展望了其发展前景。     

CRISPR/Cas9技术在畜禽育种中的研究进展

利用传统方法在畜禽特定基因座上进行基因组修饰时,只能通过在体细胞中进行同源重组再经细胞核移植实现。传统同源重组方法的困难性和低效性阻碍了基因修饰在畜禽遗传育种中的广泛应用。近年来,位点特异性核酸内切酶的发现为靶向基因修饰提供了一条更直接的途径,主要由于这些酶能直接在DNA序列上进行一步式的基因编辑。成簇规律间隔短回文重复序列/Cas关联蛋白9(clustered regularly interspersed short palindromic repeat/CRISPR associated protein 9,CRISPR/Cas9)是一种RNA导向的DNA内切酶,精准定位于特定的靶位点,高效完成RNA导向的DNA识别及编辑。CRISPR/Cas9技术作为精准而强大的第3代基因组编辑工具,已经成功应用于猪、牛、山羊、绵羊和鸡上,这些CRISPR/Cas9基因编辑畜禽可作为研究人或畜禽生理和病理的生物模型、生产功能性蛋白质的生物反应器或器官移植的供体。特别是在畜禽生产方面,CRISPR/Cas9基因编辑可用于改善生产遗传特性及畜产品质量,提高畜禽对疾病的抵抗力。作者对当前畜禽中特定位点基因组修饰的CRISPR/Cas9技术的原理及基因组编辑在畜禽育种中应用的最新进展进行了综述,以期为推进CRISPR/Cas9技术在畜禽育种中的研究提供参考。     

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。     

芯片技术在畜禽育种中的应用研究进展

中国畜禽品种资源丰富,且有许多优良性状基因,但这些优良性状基因并没有被充分利用,因此,在基因水平上开展遗传资源的开发和利用是畜禽经济性状改良的重要方向。目前,虽然传统系谱选择方法在育种工作中发挥了重要作用,但存在准确率低、育种周期长等缺点。随着分子生物学技术的快速发展,近年来先进的基因组测序和基因分型技术大大促进了畜禽育种方法的革新。从低通量、耗时的限制性片段多态标记（RFLP）到如今高通量、高密度的单核苷酸多态性（SNP）标记,基因检测效率有了大幅度提高。基因芯片技术在分子标记辅助选择和全基因组选择育种研究中逐渐得到广泛应用,成为畜禽育种的新技术手段和新热点。主要介绍了高、低密度SNP芯片技术在畜禽育种中的研究及应用,并简述了其技术优势、存在问题及挑战、应用展望,旨在表明基因芯片技术必将会成为畜禽分子育种工作中一项重要的基础技术,在畜禽种业快速发展过程中起到重要的推动作用,以期为基因芯片技术在畜禽育种中得到进一步应用提供理论参考,推进中国畜禽育种遗传进展,提升中国畜禽种业的科技竞争力。     

Livestock Gene Editing by One-step Embryo Manipulation

The breakthrough and rapid advance of clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR)/CRISPR-associated protein 9 (Cas9) technology has enabled the efficient generation of gene-edited animals by one-step embryo manipulation. Clustered regularly interspaced short palindromic repeat/CRISPR-associated protein 9 delivery to the livestock embryos has been typically achieved by intracytoplasmic microinjection; however, recent studies show that electroporation may be a reliable, efficient, and practical method for CRISPR/Cas9 delivery. The source of embryos used to generate gene-edited animals varies from in vivo to in vitro produced, depending mostly on the species of interest. In addition, different Cas9 and gRNA reagents can be used for embryo editing, ranging from Cas9-coding plasmid or messenger RNA to Cas9 recombinant protein, which can be combined with in vitro transcribed or synthetic guide RNAs. Mosaicism is reported as one of the main problems with generation of animals by embryo editing. On the other hand, off-target mutations are rarely found in livestock derived from one-step editing. In this review, we discussed these and other aspects of generating gene-edited animals by single-step embryo manipulation.     

畜禽场微生物除臭技术的研究进展

畜禽场排放的氨气、硫化氢、挥发性有机物等恶臭污染严重危害人畜健康和周边环境,恶臭污染问题亟待解决。目前,畜禽场除臭方法多样,包括物理法、化学法和生物法。本文论述了微生物除臭技术的原理及在畜禽场以微生物添加剂的形式用于源头除臭、以生物过滤和喷洒的形式用于过程除臭、以发酵液等形式用于末端除臭的应用和研究进展,对微生物除臭技术现状和发展趋势进行简要分析。