CRISPR/Cas9技术在农作物应用中的局限及改进

基因编辑技术是一种可直接对DNA序列进行稳定、精准改造的技术,其中CRISPR/Cas9技术以简便、高效、经济等优势脱颖而出。在农作物中,CRISPR/Cas9技术被广泛应用于作物遗传育种、植物基因改造、农作物品种改良等多个方面,给农作物领域带来巨大机遇。但机遇与挑战并存,该技术在实际应用中亦遇到一些困难。因此,本文围绕CRISPR/Cas9技术的原理、局限及改进方案进行综合阐述,以期为CRISPR/Cas9技术在农作物中的进一步应用提供理论基础。     

优质超级稻松粳9号干物质积累动态研究

松粳9号齐穗期单茎干重、齐穗期地上部干物重、成熟期稻穗干物重均极显著高于两个对照品种.通过相关分析,成熟期单茎干物重、齐穗期和成熟期地上部干物重、成熟期稻穗干物重与产量呈极显著正相关.     

蛹虫草多糖抗乳腺癌转移作用及机制研究

目的 研究蛹虫草多糖抗乳腺癌转移的作用及机制。方法 30只小鼠随机分为3组,分别为模型组、蛹虫草多糖低剂量组（20 mg/kg）和蛹虫草多糖高剂量组（80 mg/kg）,所有动物采用尾静脉接种4T1乳腺癌细胞建立乳腺癌肺转移模型,后2组接种后连续腹腔注射给予蛹虫草多糖15 d。以肺组织表面的肿瘤结节数、血清MMP-2和MMP-9含量、肺组织病理为检测指标;采用CCK8法检测蛹虫草多糖对4T1细胞增殖的影响;采用Caspase-3/7检测试剂盒测定细胞凋亡情况。结果 与模型组比较,蛹虫草多糖高剂量组能够明显降低小鼠肺部的肿瘤结节数（P<0.01）;与模型组比较,蛹虫草多糖高剂量组能够显著降低血清MMP-2和MMP-9的含量（P<0.01）;显微镜下发现,蛹虫草多糖高剂量组的肺组织肿瘤转移灶体积和数量均少于模型组。蛹虫草多糖对乳腺癌4T1细胞增殖具有浓度依赖性趋势的抑制作用,半数抑制浓度（IC₅₀）为0.092 mg/mL;与溶媒组比较,0.10 mg/mL和0.20 mg/mL的蛹虫草多糖可以显著增加Caspase-3/7的表达（P<0.01）。结论 蛹虫草多糖可抑制乳腺癌肺转移,其作用机制可能与抑制MMP-2和MMP-9的表达和直接的抗肿瘤作用有关。     

基于CRISPR/Cas9系统的水稻光敏色素互作因子OsPIL15基因编辑

【目的】光作为一种环境信号,可影响植物的基因表达、酶活性和形态建成。光敏色素互作因子在光信号传导过程中起着重要作用。本研究旨在构建水稻光敏色素互作因子OsPIL15的CRISPR/Cas9表达载体,创制OsPIL15突变体,挖掘水稻功能基因,丰富和完善水稻光信号调控分子机制。【方法】依据CRISPR/Cas9技术原理,设计OsPIL15突变靶点。将所设计靶序列在水稻基因组中进行比对,排除非特异性靶位点,同时使该靶序列含有常用酶切位点,方便后期突变体鉴定。化学合成靶位点寡核苷酸序列并与载体pBUN411连接构建CRISPR/Cas9表达载体,利用农杆菌介导法导入粳稻品种日本晴,以除草剂抗性标记筛选获得阳性转基因植株。利用酶切法判断T0代转基因植株是否发生突变,结合测序结果分析突变单株的突变基因型。将靶点序列在水稻全基因组中进行比对分析,选择5个与靶序列同源性较高且错配在4 bp以内的位点作为潜在脱靶位点进行脱靶效应评估,分析所设计靶序列特异性。【结果】所构建表达载体成功实现了对OsPIL15的定向编辑,酶切显示在选取的25株T0代转基因植株中获得15株突变体,其中包括5株纯合突变体、6株双等位突变体和4株杂合突变体,共10种不同突变基因型和11个突变株系。突变类型以单碱基插入或缺失为主,同时也得到2种56和66 bp较大片段缺失株系。对部分纯合突变、双等位突变和杂合突变体的T1代植株进行分析,结果表明,T0代产生的突变基因型绝大部分能稳定遗传给下一代。T0代纯合突变体后代为纯合突变单株,仅在株系14纯合突变体后代中检测到1株未突变单株;T0代双等位突变体后代可得到2种纯合突变型和1种双等位突变型;T0代杂合突变体后代则可得到纯合、杂合及未突变3种类型。对T0代未突变植株的后继世代酶切分析显示,62株T1代转基因植株均未发生突变,表明CRISPR/Cas9在T1代转基因阳性植株中未重新发挥基因编辑作用。对20株突变体的5个潜在脱靶位点进行分析,5个潜在脱靶位点均未检测出脱靶效应,表明所设计靶序列具有较高特异性。对选取的3组不同基因型ospil15 T1代突变体表型进行初步观察,结果表明,突变体生育期和分蘖数未出现明显变化,株高极显著下降,籽粒粒长极显著增加,最大增幅达5.69%。【结论】CRISPR/Cas9系统能对OsPIL15进行定向编辑,获得的10种不同突变基因型的ospil15突变体与野生型相比株高极显著降低、籽粒粒长极显著增大。     

犬抗细粒棘球绦虫疫苗候选蛋白EgM9的原核表达及纯化

把含有EgM9基因的质粒pET-41b转化至大肠杆菌BL-21中,IPTG诱导重组质粒的表达,亲和层析纯化表达产物,用SDS-PAGE和Western blot进行分析鉴定,显示分离纯化的EgM9和GST蛋白纯度较高,1L的培养物约可以得到5mg纯化蛋白,分子量为60kDa。EgM9免疫后的血清与成熟虫体蛋白有特异性反应。融合蛋白获得高效表达,并成功纯化,初步实验证明EgM9具有良好的免疫原性,可进一步用于疫苗的免疫实验。     

中药复方对H9N2亚型禽流感病毒在MDCK细胞增殖的作用

为了筛选对H9N2亚型禽流感病毒（Avian influenza virus,AIV）有独特防治效果的中药复方,本试验基于禽流感发病临床症状、结合中药复方用药基本原则,组方芩根提取液（Qingen extract,QG）,以奥司他韦（达菲,DF）为阳性对照药,通过研究药液对神经氨酸酶（neuraminidase,NA）的抑制作用,采用CCK-8法测定药液对犬肾上皮细胞（MDCK）毒性作用,并从病毒吸附、增殖和灭活3个方面做了药效评价。结果表明,QG对NA的抑制作用在一定浓度范围内呈浓度依赖性增高,半数抑制浓度（IC₅₀）约为1 130 μg/mL;QG和DF的最大安全浓度分别为2 500和500 μg/mL,H9N2 AIV的TCID₅₀为10^-4.36/100 μL;QG浓度为156.25~2 500 μg/mL范围内,对H9N2 AIV的病毒毒力有一定抑制作用,并在MDCK细胞上呈现出一定的抗吸附、抑制病毒复制作用。表明QG在对抗H9N2 AIV的NA活性、抑制H9N2 AIV吸附靶细胞和在细胞内复制有一定的作用。     

STTM技术沉默马铃薯Stu-miR156对其侧根发育的影响

为了阐明Stu-miR156在马铃薯侧根发育中的生物学功能,以马铃薯栽培品种‘Desiree’为试验材料,利用短串联靶标模拟物(Short tandem target mimic,STTM)技术,成功构建了Stu-miR156沉默表达载体,通过农杆菌介导法转化马铃薯获得了转化植株,qRT-PCR技术检测Stu-miR156及其靶基因StSPL9在转基因植株中的表达量。并通过构建pCAM-GFP-StSPL9融合蛋白表达载体转化烟草,发现靶基因StSPL9位于细胞质和细胞核中。q RT-PCR分析结果表明:在马铃薯转基因株系L1和L2中,Stu-miR156表达量受到严重抑制,在根、茎和叶中均不同程度地下调,其靶基因StSPL9均上调表达。表型分析表明:与野生型对照相比,转基因植株的侧根数量显著减少,生长受到抑制。     

H9N2亚型禽流感病毒复制特性的基因分析

利用反向遗传技术,通过基因重排方法,以A/chicken/shanghai/F/98（H9N2）禽流感病毒（Avian influenza virus,AIV）的6个内部基因为骨架,与A/Chicken/Guangdong/SS/94（H9N2）AIV的HA和NA基因组合,产生3株H9N2亚型重排AIVs。动物试验发现A/Chicken/Shanghai/F/98（H9N2）和A/Chicken/Guangdong/SS/94（H9N2）AIV主要在呼吸系统复制,A/chicken/shanghai/F/98（H9N2）株在气管和肺组织的复制能力明显强于A/Chicken/Guangdong/SS/94（H9N2）AIV株。3株H9N2亚型重排AIVs的动物试验发现HA和NA基因对H9N2亚型AIV在呼吸道的复制特性起主要作用。内部基因对H9N2亚型AIV在呼吸道的复制也有一定的作用。结果表明1994年中国首次分离到的H9N2亚型AIV经过4年的宿主适应和基因进化,加强了其在呼吸系统的复制能力,奠定了气溶胶传播的基础。     

不同生长调节剂对马铃薯微型薯结薯的影响

采用烯效唑、B9、水杨酸处理种植在大棚基质中的大西洋脱毒试管苗,比较不同生长调节剂对马铃薯微型薯结薯的影响。结果表明:烯效唑对植株的生长有促进效果,以100 mg.L-1处理具有最佳效果,随着浓度的增加,处理出现的负效果越大;B9喷施的植株单块茎重和总块茎重均以2 500 mg.L-1浓度的处理最高,且大、中大薯在总块茎数所占的比例最大;水杨酸以400 mg.L-1浓度的处理效果最好。     

CRISPR/Cas9: Development and Application in Rice Breeding

Rice(Oryza sativa L.) is an important staple food crop worldwide due to its adaptability to different environmental conditions. Because of its great economic and social importance, there is a constant requirement for new varieties with improved agronomic characteristics, such as tolerance to different biotic(such as bacterium, fungus, insect and virus) and abiotic stresses(such as salinity, drought and temperature), higher yield and better organoleptic and nutritional value. Among the new genome editing technologies, the clustered regularly interspaced short palindromic repeats(CRISPR)/CRISPR-associated protein(Cas)(CRISPR/Cas) system allows precise and specific edition in a targeted genome region. It is one of the most frequently used techniques for the study of the function of new genes and for the development of mutant lines with enhanced tolerance to biotic and abiotic stresses, herbicide resistance or improved yield. The wide varieties of applications for this technology include simple non-homologous end joining, homologous recombination, gene replacement, and base editing. In this review, we analyzed how some of these applications have been used in rice cultivars to obtain rice varieties better adapted to current environmental conditions and market requirements.