CRISPR/Cas9系统在猪中的应用研究进展

现代畜牧业中,养猪的最终目标之一是提高瘦肉率、降低脂肪含量、提高猪肉品质和口感。猪肉作为大多数中国人餐桌上必不可少的蛋白质来源,对日常生活有着巨大的影响,因此,积极开展猪的遗传育种改良具有重要意义。我国本地猪种的遗传资源具有抗病性强、适应性强、性成熟早、遗传性能稳定等优良特性。随着时间的推移,研究人员通过将我国本地猪种与国外猪品种杂交等传统遗传改良方法,在改善本地猪种产仔数、胴体瘦肉率、生长速度和抗病性等方面取得了显著成果,但这些研究进展都比较缓慢,往往需要几十年才能取得有效突破。传统的基因改良速度慢、成本高、效率低,而新兴的基因编辑技术在猪的遗传改良中具有广阔的应用前景。自CRISPR/Cas9开始在猪群成功应用以来,在改善猪生长性状方面取得了多项突破。随着对动物肌肉生长相关基因如肌生成抑制素（Myostatin,MSTN ）的深入研究,解耦联蛋白1 （Uncouplin gprotein 1,UCP1 ）和胰岛素样生长因子2基因（Insulin-like growthfactor 2 gene,IGF-2 ）功能的发现,运用基因组编辑技术提供了在短时间内改良本地猪种的研究思路,具有巨大的发展潜力和应用前景。文章简要描述了CRISPR/Cas9系统的发展过程、在猪生产应用中的研究进展,以及通过CRISPR/Cas9系统对猪基因组引入适当的修饰,并对猪器官被人体利用的可能性进行了概述,同时对CRISPR/Cas9应用前景进行了展望。     

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。     

CRISPR/Cas9技术研究进展

CRISPR/Cas9是近几年发展起来的基因组编辑技术,它为基因组工程领域带来了新的革命。Cas9可以在20nt左右的向导RNA介导下切割特定的基因组位点,而且几乎可以在任何物种的任何位置发挥作用。而且Cas9只要稍加改造,就可以应用于基因表达调控、表观基因组修饰及活体成像领域:本文综述了CRISPR/Cas9系统的发展历程、作用机理及其所面临的挑战,重点论述了在医学、生物技术及畜牧领域的应用现状及前景。     

利用CRISPR/Cas9系统构建绿色荧光转基因斑马鱼

斑马鱼是研究人类疾病的重要动物模型,基因组定点编辑技术在利用斑马鱼研究同源基因功能方面提供了简便高效的途径。利用CRISPR/Cas9系统,在斑马鱼TU品系第5号染色体中选择靶位点,将Cas9 mRNA、靶位点识别的sgRNA和带有同源重组臂、利用短链肌球蛋白(Mylz2)启动子启动的绿色荧光蛋白(eGFP)基因显微注射到斑马鱼受精卵中,获得在该位点定点插入外源基因,并在肌肉中特异表达绿色荧光蛋白的转基因斑马鱼。利用基因组DNA的PCR扩增,结合激发光下斑马鱼胚胎荧光表达情况,在存活的87尾幼鱼中发现其中45尾有荧光表达,同源重组率为51.724%。研究表明,利用CRISPR/Cas9系统成功定点插入外源基因,并获得在肌肉中特异性表达绿色荧光的斑马鱼。     

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...     

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。     

CRISPR/Cas9系统在基因表达调控中的应用

CRISPR/Cas9系统是2012年发展起来由RNA导向的基因组编辑技术。相比ZFN和TALENs技术,CRISPR/Cas9系统具有类似的打靶效率,且更易于操作。通过将核酸酶Cas9蛋白D10A和H840A位点突变,可以获得失去切割活性的dCas9蛋白。借助导向RNA将dCas9与DNA特定位点结合的作用,可以实现抑制或激活基因转录,从而达到对特定基因表达进行调控的目的。本文主要从作用原理、影响因素等方面综述了CRISPR/Cas9系统在基因调控中的应用,以期为相关研究提供参考。     

CRISPR/Cas9技术在鸡遗传育种中的研究进展

近年来基因编辑技术发展迅速,规律成簇的间隔短回文重复序列及相关蛋白9(Clustered regularly interspaces short palindromic repeats and CRISPR-associated protein 9,CRISPR/Cas9)作为一种效率高、成本低和操作简单的新型基因编辑技术脱颖而出,不论是在动植物还是在微生物方面都被广泛应用。作为重要的家禽,鸡的生殖结构特点限制其在遗传育种中的研究。CRISPR/Cas9技术以操作精准、便利的优势扭转了传统基因编辑技术在鸡遗传育种研究中难以应用的局面。文章就CRISPR/Cas9技术的发展和作用机制及其在鸡生长发育、性腺分化、疾病防控、胚胎编辑、转基因鸡制备等方面的最新研究进展进行了综述,同时也对CRISPR/Cas9技术的脱靶及改良应用进行了简要论述,为CRISPR/Cas9技术在鸡标准化、规模化养殖过程中的实际运用提供参考。     

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。     

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...     

运用CRISPR/Cas9系统编辑细菌基因的研究进展

CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)/Cas9(CRISPR-associated proteins 9)系统来源于细菌的适应性免疫防御系统,能通过RNA指导的Cas9核酸酶特异性剪切靶标基因。相比于细菌同源重组编辑系统,CRISPR/Cas9系统在细菌的基因编辑中已展现出独特的优势:操作简便、较高的编辑效率、特异性、可以同时编辑多个靶基因或删除基因簇片段且不对基因组产生任何"伤疤"。虽然这种操作系统还没有达到在真核生物中的成熟应用程度,但目前CRISPR/Cas9系统在编辑细菌基因上已取得了一些重要进展,现将对这些进展进行总结与分析。     

CRISPR/Cas9系统及其在家蚕基因组编辑中的应用

CRISPR/Cas9系统源于细菌获得性免疫系统,是一项可对多个物种的基因组进行高效率编辑的技术,已被广泛用于RNA靶向的基因组定向编辑。本文简要介绍了CRISPR/Cas9系统的基本作用原理和技术改进的进展,重点介绍了CRISPR/Cas9系统在家蚕功能基因研究和定向遗传改造研究中的应用及成果,并展望了该项技术在家蚕基因组编辑中应用的前景和主要的发展方向。     

CRISPR/Cas9基因编辑技术的研究进展

随着科学的进步,基因编辑技术得到不断发展,从同源重组与第一代人工核酸内切酶(ZFN)到第二代内切酶转录激活因子样效应蛋白核酸酶(TALEN),再到如今出现的CRISPR/Cas9技术,基因编辑工具得到进一步的发展,降低了成本,简化了操作步骤,提高了作用效率。该文简述了基因编辑技术的发展进程以及最新编辑技术CRISPR/Cas9的应用情况、问题和前景。     

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。