单碱基水平上胞嘧啶碱基编辑器(CBE)的研究进展

尽管新一代基因编辑技术CRISPR/Cas9拥有众多优点,但在执行单个碱基水平的突变时其效率往往很低。由于DNA的双链断裂具有很多的不确定性,又加上基于供体模板的同源末端重组（homology directed repair,HDR）仅仅发生在分裂活跃的细胞中,而非同源末端连接（non-homologous end joining,NHEJ）在整个细胞周期中都可以发生,因此,传统CRISPR/Cas9在单碱基分辨率上进行基因编辑时存在一定弊端。碱基编辑器（base editor,BE）的出现则在一定程度上弥补了这一缺陷。胞嘧啶碱基编辑器（cytosine base editor,CBE）或腺嘌呤碱基编辑器（adenine base editor,ABE）都能够在不引起双链断裂的情况下实现C·G到T·A或A·T到G·C的转换,极大地提高了单碱基编辑的应用价值。本文侧重对出现较早的CBE的原理、发展、应用及存在的问题进行综述,以期为高效单碱基突变工具在生物医学和畜牧业生产中的应用提供有益的参考和借鉴。     

单碱基编辑技术及其在动物育种中的应用研究进展

单碱基编辑技术是以CRISPR/Cas9(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)系统为基础衍生出的能够对基因组进行精确定点编辑的一项新技术。与CRISPR/Cas9技术系统不同,单碱基编辑系统通过在双链造成单切口后对碱基进行单碱基的替换,有效解决CRISPR/Cas9基因编辑系统双链断裂易产生片段插入或者缺失的缺陷,提高单碱基编辑的精确性及效率。本文介绍了胞嘧啶碱基编辑器（Cytosine BaseEditor）、腺嘌呤碱基编辑器（AdenineBaseEditor）以及最新的引导编辑系统（PrimeEditing）的建立过程、原理、优缺点及其在动物育种中的应用,并对单碱基编辑技术发展进行展望。     

单碱基编辑技术在动物中的应用

近年发展起来的人工核酸酶技术可引起特定位点的DNA双链断裂，断裂后通过同源重组修复机制使精准单碱基编辑成为可能。基于CRISPR/Cas9将Cas9n与胞嘧啶脱氨酶或腺苷脱氨酶融合而开发出的单碱基编辑系统可进一步提高单碱基编辑的效率和精确度，在不造成DNA双链断裂的情况下实现精准单碱基编辑。对动物进行单碱基编辑不仅有望提高其生产性能，而且能为人类疾病研究作出重要贡献。文章回顾了单碱基编辑系统的发展历程，重点介绍了单碱基编辑系统在动物中的应用，并对单碱基编辑系统在动物中的应用前景进行了展望，以期为动物基因编辑技术的研发和应用提供理论依据和应用案例。     

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...     

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。     

浅谈基因编辑技术与猪遗传改良

近年来,CRISPR/Cas基因编辑技术（主要包括CRISPR/Cas9及其同源蛋白、单碱基编辑及基因表达调控技术）的发展和应用在动物功能基因研究和遗传性状改良上都取得了重要突破。文章主要通过围绕CRISPR/Cas系统,重点阐述了CRISPR/Cas9及其衍生的基因编辑新技术的结构、作用机制差异及在猪遗传育种中的应用,并对目前该系统存在的问题及系统优化方法进行分析。     

基因组编辑技术的研究进展

随着人类测序技术的发展与成熟,以锌指核酸酶(ZFN)、类转录激活因子效应物核酸酶(TALEN)以及成簇的规律间隔的短回文重复序列及相关基因(CRISPR/Cas)为主的基因组编辑技术,在生物、农业、环境及医学等各个领域中发挥着独特的作用。基因编辑技术主要是通过在外源DNA靶位点上产生双链切口,从而诱导出同源重组修复或非同源末端连接,进而实现基因组的编辑。目前ZFN和TALEN技术被广泛运用,虽然在一定程度上获得明显的效果,但因设计复杂,成本较高,使其运用有所局限。CRISPR/Cas技术近年来凭借其高效、精确的编辑成为最新一代的基因编辑技术。本文就以上3种基因打靶技术的作用原理、应用及优缺点作简单概述,为基因编辑的实践应用提供理论基础。     

利用单碱基编辑系统定点编辑哈萨克羊MSTN基因的研究

肌肉生长抑制素（myostatin,MSTN）可负调控骨骼肌的发育。本研究利用胞嘧啶碱基编辑器（cytidine base editor,CBE）在哈萨克羊MSTN基因编码区提前引入终止密码子,以期达到敲除MSTN基因的目的。共设计2条靶向哈萨克羊MSTN基因不同外显子的sgRNAs,分别连接至pGL3-U6-sgRNA-PGK-puromycin质粒,并与pCMV-AncBE4 max-P2A-GFP质粒共转染哈萨克羊胎儿成纤维细胞,经Cruiser^TM酶酶切检测、Sanger测序和TA克隆分析。结果显示,成功筛选出可以在哈萨克羊MSTN基因外显子提前引入终止密码子的2条sgRNAs,其中STOPsg-1靶位点编辑效率为26.7%,STOPsg-2靶位点的编辑效率为6.7%。本研究成功运用CBE（AncBE4 max）技术在哈萨克羊胎儿成纤维细胞MSTN基因编码区实现定点编辑,为培育精确编辑MSTN基因的哈萨克羊奠定基础。     

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。     

利用单碱基编辑器定点突变猪肌肉生长抑制素基因的研究

【目的】利用单碱基编辑器在宁乡花猪肌肉生长抑制素(myostatin,MSTN)基因第2外显子处引入终止密码子,以获得MSTN基因表达沉默的肾成纤维细胞系,为后期培育MSTN碱基编辑猪奠定基础。【方法】首先在MSTN基因的第2外显子处设计1条单向导RNA (single guide RNA,sgRNA),将其连接至pMLM3636-puro质粒,形成重组表达载体pMLM3636-puro-MSTN,与含有红色荧光碱基编辑器YE1-BE3-FNLS共转入宁乡花猪肾成纤维细胞中,在红色荧光和嘌呤霉素双筛选条件下,挑取单克隆细胞,测序验证后,分析阳性单克隆细胞的蛋白表达情况。【结果】在MSTN基因第2外显子处发生了碱基定点突变,目标位点的氨基酸序列由色氨酸(TGG)转变成终止密码子(TAA),且G→A突变率为5.5%。Western blotting检测结果表明,试验组10号单克隆细胞的MSTN蛋白表达量与野生型相比降低了60%。【结论】本研究运用单碱基编辑技术在宁乡花猪MSTN基因编码区引入终止密码子,使翻译提前终止,导致蛋白表达量显著降低,为后期MSTN基因碱基编辑猪的生产奠定基础。     

引导编辑技术的研究进展及应用

以CRISPR/Cas9为基础的引导编辑系统是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、引导编辑系统的原理、特点、优化、脱靶效应、在动植物和基因治疗研究中的应用、引导编辑系统的设计等几方面进行综述,为促进相关领域的科研工作者了解引导编辑系统及进一步利用引导编辑系统在动植物科学基础研究和育种方面的应用提供指导。     

二代靶向测序在CRISPR/Cas9靶区筛选中的应用性研究

旨在利用二代靶向测序技术比较不同靶区对CRISPR/Cas9基因编辑结局的影响,为该技术应用过程中的靶区筛选提供技术参考。本研究进行如下试验:1)以小鼠Pyk2基因为研究对象,针对其第一外显子区设计3个靶区,通过打靶质粒构建、细胞转染及转染细胞DNA二代靶向测序等手段发现,不同靶区总体的基因编辑(Indels)效率相差较大(site1:32.0%;site2:7.9%;site3:69.5%),编辑修复的偏好性也存在较大区别;而对于同一靶区,总编辑效率在2组试验重复中较为稳定(site1:31.8%vs 32.3%;site2:7.4%vs 8.4%;site3:71.3%vs 67.8%),编辑的偏好性也相对一致;2)针对上述筛出的最佳靶区site1,通过sgRNA与Cas9体外转录、小鼠胚胎显微注射和移植及子代的基因型鉴定等手段,结果发现,上述靶区的基因编辑偏好性在基因编辑动物生产中也得到证实;3)利用上述得到的site1靶区插入一个碱基的突变小鼠,在原靶区位置设计与site1仅相差一个碱基的sgRNA。通过突变小鼠基因组PCR和Cas9酶体外切割试验发现,靶区切割位点单碱基的插入就对该靶区编辑的效率产生显著影响(49.2%vs 0%)。综上所述,靶区选择对CRISPR/Cas9基因编辑的结局影响显著,通过二代靶向测序可以有效筛选CRISPR-Cas9基因编辑靶区,并在模式动物生产过程中也获得较好的结果。此外,针对靶区切割位点的单个碱基插入对基因编辑效率影响显著。     

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。     

利用CRISPR/Cas9系统构建的转基因家蚕对核型多角体病毒的抑制

CRISPR/Cas9介导的基因编辑已经被证明可以通过破坏病原体的基因来有效地抑制感染。西南大学的DONG Z等学者最近构建了表达CRISPR/Cas9的家蚕转基因系和以家蚕核型多角体病毒(BmNPV)为目标的sgRNA,以调节家蚕早期基因的表达。通过G,代杂交获得4个转基因杂交系:Cas9(-)/sgRNA(-),Cas9(C)/sgRNA(-),Cas9(-)/sgRNA(C)和Cas9(C)/sgRNA(C)。研究证明了Cas9(C)/sgRNA(C)转基因系有效地编辑了家蚕核型多角体病毒(BmNPV)基因组的目标位点,并在BmNPV感染后观察到大片段缺失。研究者进一步对Cas9(C)/sgRNA(C)转基因系的抗病毒分析表明,半致死剂量(LD_(50))比正常接种包涵体后的值高出1 000倍。作者分析了Cas9(C)/sgRNA(C)转基因杂交系的经济性状和脱靶效率,与正常水平无显著差异。作者的研究表明CRISPR/Cas9介导的基因编辑可以更有效地靶向家蚕核型多角体病毒(BmNPV)基因组,并可作为一种昆虫抗病毒的方法。     

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。     

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。     

草原红牛生长激素基因遗传多态性研究

为寻找可用于标记辅助选择的分子标记,研究以草原红牛为试验群体,采用单链构象多态性（PCR—SSCP）方法检测了GH基因遗传多态性,并对GH基因多态片段进行了克隆、测序,确定了多态位点的变异位置和碱基类型。检测结果表明：在GH基因5’末端、第3内含子、第4内含子、外显子5和3’末端存在多态性位点,其中在5’上游431处有一个A→G碱基的突变,在1435处发生了T→C的突变,第4内含子1918处发生了C→A的突变;外显子5的2291处发生了碱基A→C突变;3’末端2639处发生了碱基C→G突变,并导致一个HaeⅢ酶切位点的增加;同时与GenBank中序列（accession numberM57764）相比较,草原红牛在1692处有C→T的突变,在2735处有碱基T→C突变,这些突变位点为草原红牛所特有。