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系统敲除山羊TLR4基因载体构建及检测

TLR4是天然免疫系统中的一种重要模式识别受体,可选择性地识别病原微生物而启动天然免疫,在宿主天然免疫和获得性免疫中具有重要作用.山羊TLR4基因与多种疾病相关,然而,目前在山羊上关于TLR4基因敲除及相关功能的研究尚未见报道.采用CRISPR/cas9系统,首先设计TLR4基因的sgRNA片段,合成sgRNA核苷酸序...     

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/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系统敲除山羊CDK2基因载体构建及转染效率检测

细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶-2(CDK2)是细胞通过和进入S期所必须的细胞周期调节激酶,与许多癌细胞的生长有关。然而,目前在山羊上关于CDK2基因敲除及相关功能的研究尚未见报道。研究采用CRISPR/cas9系统,首先设计CDK2基因的sgRNA片段,在合成CDK2 sgRNA核苷酸序列后,构建能够同时表达sgRNA和Cas9 D10A的质粒PYSY-CDK2 sgRNA,连接并转化至大肠杆菌DH5α感受态细胞,对转化子进行验证,最后转染HEK293T细胞,检测细胞荧光和细胞增殖。酶切和测序结果证明,CDK2基因敲除载体构建正确;荧光显微镜检测显示,细胞转染效率在75%以上;细胞增殖检测表明,山羊CDK2敲除质粒不会对人源细胞增殖产生影响。说明采用CRISPR/Cas9构建的载体,可为后续获得山羊CDK2基因缺失型细胞系,研究支原体肺炎感染引发的细胞凋亡分子机制提供理论依据。     

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。     

基于CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术研究进展

CRISPR/Cas9是最近发现的一种新型的基因组定点编辑技术。该系统为细菌与古细菌中抵御外源病毒和质粒DNA入侵的获得性免疫机制系统,与TALEN和ZFN技术设计相比更加简单、更容易操作,目前,该技术已成功应用于人类细胞、细菌、斑马鱼、猪、小鼠、食蟹猴以及多种植物的基因组精确修饰,是最具有临床与应用前景的基因治疗技术之一。     

CRISPR/Cas9介导敲除小鼠成纤维细胞MMP-2基因

MMP-2与蹄叶炎的发生密切相关。本试验通过http://chopchop.cbu.uib.no/网站设计MMP-2的sgRNA,将sgRNA的合成物连接到经Esp3I限制性内切酶切割的lenticrispr v2载体上,构建完整敲除载体;并将该载体转染到小鼠成纤维细胞中,通过Western Blot检测MMP-2蛋白表达量。经菌液PCR鉴定和PCR产物测序表明载体构建成功;Western Blot结果显示,基因敲除组的MMP-2蛋白表达量明显降低,表明成功敲除小鼠成纤维细胞中MMP-2基因。为进一步在细胞层次研究MMP-2基因对蹄叶炎作用及机理提供了条件。     

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.     

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/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。     

Mechanism of CRISPR/Cas System and Its Application in Parasitology

CRISPR/Cas system is an immune system present in bacteria and archaea that includes the RNA which has the ability to target viruses invading the host or exogenous DNA fragment of the nucleic acid and the Cas9 nuclease cutting the fragment. In view that the system is easier to operate, more efficient, lower cost, has been widely used in various fields of genetic engineering. Here, we demonstrated the mechanism of CRISPR/Cas systems and summarized the application in respect of the parasite.     

无PAM限制的CRISPR/Cas9系统构建及效率验证

CRISPR/Cas9系统在进行靶向基因敲除、转录激活以及抑制时,需要通过识别Cas9靶位点上的一个原间隔子相邻基序(PAM)序列进行特异性靶向基因编辑.现阶段,被广泛认可的化脓性链球菌SpCas9仅识别比较短的PAM为NGG(N为任意碱基,G为鸟嘌呤).本实验在野生型SpCas9、PAM为NG的xCas9和SpCas...     

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编辑系统构建pAPN基因敲除的IPI-2I细胞系

试验旨在采用CRISPR/Cas9技术获得猪氨基肽酶N（porcine aminopeptidase N,pAPN）基因敲除的猪回肠上皮（immortal pig intestinal-2I,IPI-2I）细胞系,进而在细胞水平上研究pAPN在冠状病毒入侵过程中的作用及相互作用机制。本研究将已构建好的靶向pAPN基因第2外显子上的2个sgRNA载体（pX330-GFP-g3和pX330-RFP-g5）共转染IPI-2I细胞。转染48 h后,荧光显微镜下观察IPI-2I细胞绿色荧光蛋白（green fluorescent protein,GFP）和红色荧光蛋白（red fluorescent protein,RFP）的发光情况,并用流式细胞仪收集带有GFP和RFP荧光标记的细胞,用来筛选单克隆细胞。然后取少量单克隆细胞提取DNA,用PCR扩增打靶区域附近的序列,测序鉴定其基因型,以获得pAPN基因敲除的IPI-2I细胞株。选择野生型和pAPN基因纯合片段敲除的IPI-2I细胞,提取细胞总蛋白,通过Western blotting检测pAPN基因敲除前后IPI-2I细胞中pAPN蛋白的表达。结果表明,转染48 h后,通过荧光显微镜可以观察到IPI-2I细胞中大部分细胞能够同时表达GFP和RFP,说明pX330-GFP-g3和pX330-RFP-g5质粒载体已经转入IPI-2I细胞。PCR和测序结果表明,共获得48株片段敲除单克隆细胞（片段敲除效率为15.5%）,其中16株为单等位基因敲除,32株为双等位基因敲除;在32株双等位基因敲除细胞中,有23株细胞为纯合片段敲除。Western blotting结果表明,pAPN基因纯合片段敲除的细胞中检测不到pAPN蛋白的表达。综上,本研究利用CRISPR/Cas9编辑系统成功构建了pAPN基因纯合敲除的IPI-2I细胞系,为阐明pAPN在冠状病毒入侵过程中的作用机制以及制备猪抗病新品种奠定了基础。     

靶向食蟹猴NTCP基因的CRISPR/Cas9系统gRNA筛选

本研究旨在通过CRISPR/Cas9体外酶切法及细胞水平上的PCR扩增测序筛选出靶向食蟹猴NTCP基因具有高敲除活性的gRNA。首先通过比对食蟹猴与人类NTCP氨基酸序列,选择差异位点,即第84-87位和第157-165位氨基酸作为基因靶点序列区;利用gRNA软件设计针对上述基因靶点序列的gRNA,每个靶点设计3~4条候选gRNA序列;然后利用gRNA体外检测试剂盒,筛选出靶向NTCP基因的体外敲除活性较高的两条gRNA序列：gRNA1.2和gRNA2.1。将gRNA1.2和gRNA2.1分别插入pLV hUbC-Cas9-T2A-GFP载体中,转染食蟹猴原代肝细胞。提取转染后细胞基因组DNA,通过PCR扩增NTCP基因并将其克隆到T载体中进行测序分析。结果表明,gRNA1.2和gRNA2.1均可使NTCP基因产生移码突变,但gRNA2.1比gRNA1.2具有更高的敲除活性。本研究为下一步编辑食蟹猴NTCP基因及研究其在乙型肝炎病毒（HBV）感染中的功能奠定了基础。