2007年诺贝尔医学奖青睐小鼠基因改造技术

诺贝尔奖是以瑞典著名化学家、硝化甘油炸药发明人诺贝尔的名字命名的.2007年的诺贝尔医学奖被称为"基因敲除"的奖项,获奖的三位科学家马里奥·卡佩基(Mario R.Capecchi),马丁·埃文斯(Martin J.Evans)和奥利弗·史密斯(Oliver Smithies)从各自不同的研究角度使这项技术成为可能.卡佩奇对于同源重组的研究奠定了基因敲除技术的基础.埃文斯的胚胎干细胞研究对于基因敲除技术具有意义.史密斯的工作使在培养细胞中的基因靶向技术成为可能.基因敲除技术又称为基因靶向技术,其基本方法包括通过同源重组改变基因,利用干细胞得到嵌合体小鼠,胚胎干细胞中进行同源重组,直到诞生基因敲除的小鼠.这项技术为基因治疗以及人类疾病的动物模型研究打下了基础.     

重组工程法敲除恶臭假单胞菌KT2440的染色体基因

恶臭假单胞菌KT2440是在生物降解环境有机物和表达异源基因等方面具重要作用的环境微生物.基因敲除是研究基因和蛋白功能的必要手段.常规的基因敲除方法往往会烦琐耗时且易引入突变的基因克隆操作.本研究采用重组工程(即重组酶催化的PCR产物与基因组上同源片段之间的同源重组)来实现恶臭假单胞菌KT2440的基因敲除.本方法高效...     

揭示基因组功能的强大工具:基因打靶技术——2007年度诺贝尔生理学或医学奖成果简介

基因打靶技术是20世纪80年代发展起来的新技术,是一种利用DNA同源重组原理和胚胎干细胞(ES细胞)技术按定向组合的方式改变生物活体遗传信息的实验手段,具有定位性强、打靶后新的基因有随染色体DNA稳定遗传的特点,其方法包括基因敲除、基因敲入、点突变、缺失突变、染色体组大片段删除等,相关的基因工程技术包括转基因、基因沉默和基因捕获技术等,为生命科学、基因组学和疾病治疗等领域的研究提供了强大的工具。美国科学家Mario R. Capecchi,Oliver Smithies和英国科学家Martin J. Evans因基因打靶技术的开创性研究而获得了2007年度诺贝尔生理学或医学奖。     

CRISPR/Cas9系统介导GFP在兔H11位点的定点整合研究

目的家兔是一种重要的模式动物,然而目前家兔中缺乏外源基因定点整合的相关技术。方法为了在兔胚胎成纤维细胞水平建立起成熟的H11位点定点整合平台,试验根据文献报道的人和小鼠的H11位点鉴定出家兔的H11位点,并使用CRISPR/Cas9系统和同源重组技术,设计了两对针对H11位点的sgRNA和左右同源臂,构建敲除载体和打靶载体。将两种载体共同转染进兔胚胎成纤维细胞中,在共转染的细胞基因组中依托嘌呤霉素筛选检测外源基因整合。结果在共转染的兔胚胎成纤维细胞中检测到外源基因插入,并且在敲入后成功表达外源基因。结论该实验依赖于CRISPR/Cas9技术和同源重组技术在细胞水平上创建高效的位点特异性整合系统,为未来转基因兔的安全和有效制备奠定了基础。     

嗜线虫致病杆菌抗生素基因簇克隆及遗传体系建立

【目的】嗜线虫致病杆菌(Xenorhabdus)是昆虫病原线虫的共生菌,研究此共生菌分泌的抗菌活性的次级代谢产物基因蔟信息。【方法】通过直接PCR将目的基因簇分为数段扩增,利用天然酵母重组系统实现体外重组;同时采用果聚糖蔗糖转移酶基因sacB负筛选系统,通过两次同源臂重组构建基因敲除突变株,建立嗜线虫致病杆菌DSM 16338的遗传操作系统。【结果】成功获得推测目的基因簇;缺失所推测基因簇的3个相连基因,筛选到大片段缺失突变株GW2及调控基因敲除突变株GW4。【结论】利用高效的直接克隆方法获得了基因簇,成功对DSM 16338推测基因簇完成了基因中断,建立了该菌的遗传操作系统,为阐述此类细菌天然产物的生物化学多样性奠定了基础。     

小鼠Bpi条件基因打靶载体的构建和鉴定

目的构建小鼠Bpi条件基因打靶载体,为建立Bpi条件基因打靶小鼠模型和深入研究Bpi基因功能奠定基础。方法采用Cre/LoxP系统,选择小鼠Bpi基因第2、3外显子作为条件性敲除的目的片段,并在其两侧插入LoxP位点;运用LA-PCR技术,以129品系小鼠ES细胞基因组DNA为模板分步扩增包括Bpi第2、3外显子(中间同源臂)和上游同源臂在内的3.1 kb基因片段以及下游同源臂4.9 kb基因片段;构建pBSKⅡ-5SLoxP和ploxPFRTNeo-3L重组质粒,将前者酶切产物(3.1 kb)与酶切后的ploxPFRTNeo-3L质粒相连获得Bpi条件基因打靶载体。结果经多个限制性内切酶酶切鉴定和测序证实,构建的pBSKⅡ-5SLoxP、ploxPFRTNeo-3L重组质粒和Bpi条件基因打靶载体结构正确,与设计相符。结论成功构建了小鼠Bpi条件基因打靶载体。     

2型猪链球菌中国强毒株05ZYH33 ofs N-片段基因敲除株的构建

通过生物信息学分析2型猪链球菌（Streptococcus suis serotype 2,S．suis2）中国强毒株05ZYH33的基凶组,预测并发现猪链球菌血清浑浊因子（Opacityfactor of S．suis,OFS）的编码基因ofs.为了构建ofsN-末端片段ofs^37-683的基因敲除株,首先构建中间为壮观霉素抗性基因,两侧为ofs^37-683上、下游同源序列的基因敲除质粒,并对该质粒进行PCR和酶切鉴定．根据同源重组的原理,通过电转化方法筛选得到ofs^37-683基因敲除株．PCR、测序和RT—PCR分析结果均显示ofs^37-683已完全被壮观霉素抗性基因替代,证实ofs^37-683基因敲除株构建成功．该敲除株的获得为进一步研究ofs在猪链球菌2型致病机制中的作用奠定基础．     

几种常用的基因敲除技术

随着功能基因组学研究的深入发展，基因敲除技术逐渐成为基因功能研究的重要手段，本文就常用的三种基因敲除技术，即同源重组、插入突变、RNA干扰各自的原理、适用的范围和优缺点作简要介绍。     

不同转导方式及载体形式对TALENs在小鼠胚胎干细胞打靶效率的研究

通过同源重组进行小鼠胚胎干细胞基因敲除是目前应用最为广泛的基因敲除技术手段,但同源重组的效率却非常低.TALEs和FokI的剪切结构域融合的TALENs可以实现高效的基因敲除.已有报导表明,TALENs识别位点的DNA序列和长度,及间隔区的长短等条件影响TALENs打靶效率.但外源载体的导入方式及载体的形式(DNA或RNA)是否以及如何影响TALENs的打靶效率还不明确.用不同的转导方式将TALENs导入小鼠胚胎干细胞中,并检测TALENs切割识别位点的效率,实验发现Lipofectamine○R2000转染的TALENs比电转化能更高效地切割目的 DNA位点,而DNA质粒或体外转录的RNA表达的TALENs切割DNA位点的效率相近.数据表明,在应用TALENs进行基因敲除时,有必要选择合适的转导方式以提高突变效率.     

同源重组敲除三角褐指藻基因的研究

为探索应用基因敲除技术研究三角褐指藻基因功能的研究体系,本文以三角褐指藻甘油激酶基因作为靶基因,构建了同源重组基因敲除载体,利用微弹轰击法将该载体成功转化至三角褐指藻中,经100μg/mL Zeocin筛选和PCR验证获得了34个阳性转基因藻株;并进一步对三角褐指藻甘油激酶基因敲除转基因藻株的甘油激酶表达量和生长两方面进行分析,结果显示胞外甘油兼养不影响转基因藻细胞生长,甘油激酶不表达或表达量降低.本文通过构建敲除载体,完成了遗传转化,筛选获得阳性转基因藻,并进一步研究了转基因藻的性状,最终建立了应用同源重组基因敲除技术靶向研究三角褐指藻基因功能的研究体系.