靶向敲除猪ApoE基因的CRISPR/Cas9系统构建及基因组检测

通过敲除猪的ApoE基因,为后期构建ApoE缺陷型动物模型奠定基础。利用CRISPR/Cas9系统和实验室前期构建的报告载体,分别构建了靶向猪ApoE基因的两个CRISPR/Cas9表达载体和相应的报告载体。通过CRISPR/Cas9表达载体和RG(Red-GFP)报告载体转染HEK 293T细胞荧光观察结果显示,构建的CRISPR/Cas9表达载体均有较高的活性,进一步在流式细胞仪上检测其活性分别为6.50%和6.83%。将CRISPR/Cas9表达载体和RPG(Red-PuroR-GFP)报告载体转染PK15细胞系,经过嘌呤霉素药物筛选后,对富集到的细胞进行基因组检测。结果显示本系统能够对猪PK15细胞中的ApoE基因进行有效的敲除,其敲除效率分别为40%、53.3%。试验结果可为ApoE敲除猪动物模型的构建提供理论依据。     

CRISPR/Cas9基因编辑技术及应用研究概述

CRISPR/Cas9是从细菌中发现的一种用Cas9核酸酶对外源DNA进行切割从而保护自身基因完整性的防御机制.通过对其结构中指导性RNA的改变即可便捷地对其识别位点进行改变,在基因编辑的应用方面具有很大潜力.论文主要概述CRISPR/Cas9系统的组成、机制以及优缺点,同时介绍CRISPR/Cas9系统在科学研究、动...     

新型CRISPR/Cas基因编辑系统的研究与应用进展

CRISPR/Cas(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated endonuclease Cas)基因编辑系统在生物体基因功能研究领域发挥着重要作用。CRISPR/Cas9作为典型的CRISPR/Cas基因编辑系统,自建立以来已在多个物种的基因组编辑中得以应用。近年来,Cpf1(也称为Cas12a)、Cas12b(也称为C2c1)、Cas13a(也称为C2c2)等新型Cas蛋白不断被发现和鉴定,进一步拓展了CRISPR/Cas系统的靶向范围,促进了CRISPR/Cas系统的应用。本文阐述新型CRISPR/Cas基因编辑系统与CRISPR/Cas9系统的区别以及利用新型CRISPR/Cas基因编辑系统进行生物体基因组编辑的研究进展,以期较为详细地了解CRISPR/Cpf1和CRISPR/Cas12b等新型CRISPR/Cas系统的特征、作用机制及应用优势,为更加高效地利用CRISPR/Cas系统对家蚕基因组进行编辑提供借鉴。     

CRISPR/Cas9介导的绵羊胎儿成纤维细胞肌肉生长抑制素基因敲除研究

肌肉生长抑制素(myostatin,MSTN)基因突变可引起动物出现"双肌"性状,提高产肉性能。利用CRISPR/Cas9技术制备MSTN基因敲除的绵羊胎儿成纤维细胞,为制备MSTN基因敲除羊提供材料。设计构建4个靶向MSTN基因的CRISPR/Cas9载体,脂质体转染细胞后,通过SURVEYOR分析和测序等方法对敲除效率进行检测,采用极限稀释法挑选稳定敲除的细胞系。试验成功构建了4个靶向MSTN基因的CRISPR/Cas9载体,细胞转染后,测序结果显示pX330-target 1和pX330-target 4载体作用的靶位点处出现突变,SURVEYOR分析检测其在靶位点产生切割的效率分别为24.20%和10.18%。通过极限稀释法,获得12个MSTN基因突变的细胞克隆,其中1个为纯合突变。序列比对发现靶位点处有小片段碱基插入或缺失突变,部分会出现移码突变。成功利用CRISPR/Cas9系统实现了绵羊MSTN基因敲除,证明该系统可有效应用于绵羊基因编辑,产生的突变细胞系为制备MSTN基因敲除羊提供了材料。     

CRISPR/Cas9系统在鸡MSTN上的效率验证

随着基因编辑技术的飞速发展,CRISPR/Cas9技术逐渐成为主流。为了验证CRISPR/Cas9系统在鸡基因组上的切割效率,在鸡肌肉生长抑制素(Myostatin,MSTN)基因第1、第2外显子上各自筛选了5个Cas9靶点,构建p X330-sg RNA表达载体;将GFP质粒电转入DF-1细胞,通过检测表达GFP细胞的比例来优化电转程序;将载体用优化后的电转程序电转入DF-1细胞,培养72 h;最后收集细胞提取基因组,通过T7核酸内切酶Ⅰ(T7EⅠ)酶切试验,选出具有Cas9切割效率的靶点片段,将该片段连入p MD19-T载体,测序并分析结果。结果表明CRISPR/Cas9系统可以成功对DF-1细胞基因组进行切割并引入突变,其中1号外显子上4号靶点的突变率为64.3%,2号外显子上2号靶点的突变率为23.3%。研究表明CRISPR/Cas9系统在DF-1细胞中可以有效切割基因组,为CRISPR/Cas9技术应用于鸡的基因组编辑提供科学依据。     

靶向小鼠Rbmy基因的CRISPR/Cas9系统高效切割位点筛选及其表达载体构建

性反转是指动物表现的性别特征与其应有的性别相反的现象。性反转小鼠可作为动物模型研究哺乳动物性别分化机制、性别控制技术以及研究人类性别连锁疾病发病机理和防治方法。已有研究证明,在胚胎期敲除雄性小鼠的Y染色体将获得XO基因型的性反转小鼠。本研究设计了6个不同的sgRNA,使共能介导Cas9蛋白作用于小鼠Y染色体上的多拷贝基因—Rbmy(RNA-binding motif gene),通过比较不同的sgRNA介导Cas9对靶序列的切割效率,最终筛选出一条能够高效介导Cas9靶向Rbmy基因的sgRNA6,该sgRNA6在体外切割效率达到100%,细胞内切割突变效率为15.4%,利用该sgRNA6构建了靶向Rbmy基因的CRISPR/Cas9系统表达载体。利用该载体转染小鼠雄性睾丸间质瘤细胞,成功获得了XO基因型的单细胞克隆团。本研究所构建的靶向Rbmy基因的CRISPR/Cas9系统表达载体可用于小鼠胚胎注射,为获得Y染色体敲除的XO型性反转小鼠模型提供基础。     

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。     

利用CRISPR/Cas 9技术构建大肠杆菌aroA基因的敲除系统及其初步应用

旨在利用CRISPR/Cas 9新型基因编辑技术构建大肠杆菌aroA基因的敲除系统,并分析其对不同大肠杆菌aroA基因敲除、修复的差异。首先构建靶向aroA基因的CRISPR/Cas 9载体;随后人工设计同源修复供体基因序列,并亚克隆到CRISPR/Cas 9载体中,构建成完整的CRISPR/Cas 9基因敲除体系;将该系统分别应用到大肠杆菌DH10B、DH5α和JM109细胞中,PCR鉴定筛选到的阳性菌株,并回收其扩增条带进行克隆、测序。CRISPR/Cas 9载体的酶切与测序结果均正确,表明载体构建成功;PCR鉴定结果显示,该系统对三种大肠杆菌均能进行aroA基因的有效敲除,敲除效率为46%~58%;测序结果进一步证实目的基因敲除成功。本试验成功构建大肠杆菌aroA基因CRISPR/Cas 9敲除系统,为进一步研究致病菌aroA基因功能及开发减毒大肠杆菌疫苗提供新型、有效的基因敲除工具。     

利用CRISPR/Cas9技术对鸡AMHR2基因进行精确编辑

为了在鸡基因组上对AMHR2基因进行精确编辑,该研究利用crispr.mit.edu:807网站设计并通过PCR退火拟合获得成对的AMHR2基因靶位点,将靶位点分别整合进pX330-U6-Chimeric_dBsa I-CBh-hSpCas9载体骨架,构建靶向AMHR2基因的成对CRISPR/Cas9敲除载体。将包含成对靶位点的DNA序列整合进pB-CMV-DsRed-CAG-Chimeric.200 bp repeat.Puro-T2A-GFP载体骨架,构建与敲除载体对应的双荧光报告载体。载体测序鉴定正确后分别共转染HEK293T细胞与鸡DF-1细胞,通过细胞荧光粗略判断CRISPR/Cas9系统是否工作。随后,利用Puromycin对基因编辑阳性的DF-1细胞进行药物筛选富集,提取细胞基因组进行TA克隆,进一步检测CRISPR/Cas9系统的工作效率。结果表明靶向鸡AMHR2基因的CRISPR/Cas9敲除系统构建成功,且成对靶位点敲除系统的工作效率高于单一靶位点敲除系统,CRISPR/Cas9敲除系统在DF-1细胞基因组上对AMHR2基因的敲除效率约为60.0%,并在鸡DF-1细胞基因组上实现了AMHR2基因的精确编辑。     

CRISPR/Cas系统作用机制及其在寄生虫学研究中的应用

CRISPR/Cas系统是一种存在于细菌和古细菌的免疫系统,该系统包括能靶向入侵宿主的病毒或外源DNA核酸片段的RNA和切割该片段的Cas9核酸酶。与其他基因编辑技术相比,该系统更易操作,效率更高,成本更低,被广泛应用于各种基因工程领域。作者综述了CRISPR/Cas系统的作用机制及其在寄生虫方面的应用。     

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。     

Generation of α‐1,3‐Galactosyltransferase‐Deficient Porcine Embryonic Fibroblasts by CRISPR/Cas9‐Mediated Knock‐in of a Small Mutated Sequence and a Targeted Toxin‐Based Selection System

The CRISPR/Cas9 system has enabled the editing of mammalian genomes; however, its applicability and efficiency in the pig genome has not been studied in depth. The α‐gal epitope synthesized by α‐1,3‐galactosyltransferase gene (GGTA1) is known as a xenoantigen obtained upon pig‐to‐human xenotransplantation. We here employed the CRISPR/Cas9 system‐mediated knock‐in of endogenous GGTA1 via targeted homologous recombination (HR). Linearized donors with ~800‐bp homology flanking the CRISPR/Cas9 target site [exon 4 (containing ATG) of GGTA1] served as a template for gene targeting by HR. Using a targeted toxin strategy to select clones lacking α‐gal epitope expression, we successfully obtained several knock‐in clones within 3 weeks of initial transfection. These results suggest that the use of CRISPR/Cas9‐mediated HR to knock‐in a mutated fragment at defined loci represents an efficient strategy to achieve the rapid modulation of genes of interest in swine cells and is a promising tool for the creation of KO piglets.     

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/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...     

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。