基于荧光标记双向筛选的拟南芥CRISPR基因编辑突变体库构建

突变体库是研究基因功能的重要工具。拟南芥种质资源库(ABRC)储藏了几乎涵盖所有基因的突变体材料,其中T-DNA插入突变体占绝大多数。然而,当在T-DNA插入突变体中进行遗传转化或与其他转基因报告系统进行杂交时容易引起转基因沉默,阻碍了相关研究的开展,甚至产生错误结论。甲基磺酸乙酯(Ethyl Methane Sulfonate, EMS)诱变和快中子诱变技术可获得非转基因突变体,但这两种方法均为随机诱变技术,需要通过基因定位来确认突变位点,无法实现基因靶向敲除。CRISPR/Cas9可以对目的基因进行靶向编辑,获得不携带转基因的突变体。拟南芥中尚无利用CRISPR/Cas9进行高通量突变体库构建的报道。本研究共设计900条sgRNAs靶向300个RNA通路相关基因,通过合成sgRNA混池文库、引入DsRed2荧光筛选标记、将DNA条形码和二代测序技术相结合,实现了对转基因阳性苗的高通量鉴定和分型,并对T2代具有发育缺陷的无荧光植株进行负向筛选,成功鉴定到了不含转基因的smd3-b和rlua4突变体。     

CRISPR/Cas9技术联合AAV对Rosa-mTmG小鼠的MEF细胞进行编辑

目前,基因编辑技术已被广泛用于生物医学研究,本研究利用AAV(Adeno-Associated Virus)递送CRISPR/Cas9系统,实现高效率的基因编辑,并对特定组织细胞中的基因编辑进行了初步探索.我们首先采用Rosa-mTmG转基因小鼠来研究CRISPR/Cas9在小鼠胚胎成纤维细胞(Mouse Embryonic Fibroblast,MEF)中的编辑效率;接着,我们构建了能够被AAV包装的SaCas9系统,并通过瞬转以及AAV介导递送的方式检测其基因编辑效率;最后,我们还构建了含有心肌特异启动子的cTNT-PX601-sgRNA以备后续研究.结果发现,与瞬转相比,AAV介导CMV-PX601-sgRNA在体外能够极大地提高细胞的基因编辑效率.另外,cTNT-PX601-sgRNA能够在心肌细胞中特异表达.我们的结果表明,利用AAV介导的CRISPR/Cas9系统在体外可以实现高效地基因编辑,为靶向修复基因缺陷疾病,特别是特定组织器官中的基因缺陷,提供了研究工具和实验依据.     

利用CRISPR/Cas9系统建立成体心肌细胞特异性Oga基因敲除小鼠模型

目的 利用腺相关病毒9(AAV9)介导的CRISPR/Cas9系统构建成体心肌细胞特异性Oga基因敲除小鼠模型,来研究内源性OGA在成体心脏稳态维持中的功能。方法 首先,筛选靶向Oga编码区的有效sgRNA,构建包装表达有效sgRNA的AAV9病毒。其次,建立心肌细胞特异性SpCas9表达小鼠(α-MHC^Cas9),并通过腹腔注射方式将AAV9-sgOga注射到小鼠体内。通过qPCR和Western blot印记杂交实验检测Oga的表达情况,确定Oga敲除是否成功。最后,通过组织学分析心脏结构,以及超声心动图分析心脏功能,来分析Oga对心脏稳态维持的影响。结果 筛选到2条可以有效靶向Oga编码区的sgRNA,通过AAV9递送实现了Oga基因在心脏组织的有效敲除,且导致O-GlcNAcylation表达显著上升;组织学分析和超声心动图分析发现基因敲除小鼠心脏结构及功能在基础水平与对照小鼠无显著变化。结论 利用AAV9介导的CRISPR/Cas9系统成功建立了成体心肌细胞Oga基因敲除的小鼠模型,为研究OGA介导的O-GlcNAcylation清除在心脏稳态维持中的功...     

活性污泥宏基因组Fosmid文库的构建

大插入片段宏基因组文库的构建是开发大片段目的基因及分析其结构与功能的基础.文中分别采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)法、试剂盒及琼脂糖包埋法提取活性污泥宏基因组DNA,其中琼脂糖包埋法获得的DNA片段大于23kbp,利用此DNA成功构建了以pCC1FOS为载体的Fosmid文库,该文库含有5280个克隆,平均插入片段长度为35～40 kbp,共包含约200 Mbp的宏基因组DNA.从此文库中随机挑选200个克隆,利用活性筛选方法快速筛选到了1个含有淀粉酶的阳性克隆,表明活性污泥Fosmid文库可用于功能基因的活性筛选,具有开发新基因的潜力.     

新型肌肉高效亲和AAV血清型的开发

通过在AAV5衣壳的N573后插入一个寡肽PGPSPAD生成了一种改良的AAV血清型,称为AAVc1,它在体外和体内均表现出比AAV5、AAV8和AAV9更好的肌肉感染性;恒河猴血清中针对AAVc1的中和抗体（Neutralizing antibodies,Nabs）滴度低于AAV9,这表明针对AAVc1的中和抗体的免疫应答低于AAV9。结果表明,新型血清型AAVc1应用到AAV基因治疗中优于野生型AAV血清型。     

豆豉纤溶酶的定向进化

为提高豆豉纤溶酶的药用价值,通过易错PCR方法对来源于Bacillus subtilis DC-12的豆豉纤溶酶DFE基因进行突变并构建突变体文库,利用底物H-D-Val-Leu-Lys-pNA对突变体文库进行筛选.通过3轮易错PCR最终获得催化效率提高的突变酶mDFE3.序列分析表明突变酶mDFE3基因发生了6处碱基突变,其中4处突变发生氨基酸取代,2处为同义突变;通过swiss-model repository模拟突变酶mDFE3的结构,显示3个突变氨基酸位于回环结构上,1个位于α螺旋上;酶动力学测定结果表明突变酶mDFE3的Km值由0.58mmol/L降低至0.45mmol/L,突变酶mDFE3的催化效率(kcat)是野生型的2.57倍.     

棉花纤维细胞分化相关基因的cDNA阵列分析

利用陆地棉(Gossypiumhirsutum)品种徐州142(野生型)开花前1-3d的胚珠构建了一个高质量的cDNA文库,从该cDNA文库中提取13056个质粒,用Biomek2000高密度点阵系统,将这些质粒点于强化硝酸纤维素膜上.分别用徐州142野生型和无絮突变体开花前1-3d的胚珠mRNA反转录标记探针与cDNA阵列杂交,筛选到8个在野生型胚珠中高表达的基因,其中4个在GenBank中有同源序列,4个为未知新基因.Northern杂交表明有两个基因在野生型中比突变体中表达量显著提高.     

中脑腹侧被盖区多巴胺转运体在丙泊酚全麻大鼠苏醒中的作用

目的 研究中脑腹侧被盖区(VTA)多巴胺转运体(DAT)在丙泊酚麻醉苏醒中的作用.方法 将60只大鼠随机分为正常对照组、6-OHDA毁损组、生理盐水组、丙泊酚麻醉组、AAV空载组、AAV2·DAT·RNAi组,每组10只.AAV干预大鼠预先经脑立体定位仪显微靶向注射AAV至VTA核团.各组大鼠经尾静脉以11 mg·kg...     

一种改进的基于PCR的建立饱和突变库的方法

定点饱和诱变技术一直以来被广泛应用于蛋白的定向进化和代谢途径的研究,然而建立偏爱性低的高质量饱和突变库一直面临着严峻挑战.提出一种改进的建立智能突变体文库的方法,选取柠檬烯环氧水解酶(LEH)为突变对象,摒弃传统的NNK/NNN密码子简并引物,采用半理性设计突变氨基酸的方法,将PCR反扩载体与T5介导的克隆方法联用,构建一个随机的四点组合突变体库,突变效率高达81. 25%.此外,突变库的偏爱性大大降低,突变氨基酸的分布趋于平均,表现出低测序倍数基础上的高覆盖率.因此该方法极大提高了突变库的质量,降低了筛选成本,为蛋白质工程和生物合成的研究提供了好的思路.     

中华卵索线虫cDNA文库的构建

中华卵索线虫(Ovomermis sinensis)是一种宝贵的昆虫天敌,宿主广泛,其寄生率即等于宿主的死亡率,生防潜力极大.鉴于cDNA文库在保存稀有物种基因资源与目的基因筛选及其功能研究等方面的优势,实验以中华卵索线虫为材料,采用SMART技术构建其cDNA文库.实验结果表明：滴度为1.16×109 cfu·mL－1,包含6.0×106个克隆.从原始文库中随机挑16个单菌落过夜培养,提取质粒,经XhoⅠ和 PstⅠ双酶切,琼脂糖凝胶电泳结果表明插入片段大小主要集中在0.5～2.0 kb之间,文库重组率接近100%.文库的各项指标均达要求,可用于全长cDNA的筛选,为新基因的获得及其结构功能研究提供了可靠材料,也为今后的生物防治等研究奠定了基础.     

易错PCR法定向进化D-海因酶的初步研究

D-海因酶是生物转化D-型氨基酸的关键酶,在一定浓度M n2 存在下,经易错PCR法重复扩增,产物构建成pET-HDT重组子,并建立突变体文库.经筛选获得了内源DNA序列变异的变异株.进化酶催化底物海因水解的活性为亲本重组酶的1.3倍,催化底物对羟基苯海因水解的活性为亲本重组酶的2.4倍.     

应用易错PCR定向进化甘油脱氢酶

经过连续易错聚合酶链式反应(Error-Prone PCR)向克雷伯杆菌(Klebsiella pneumoniae)甘油脱氢酶基因中引入突变,并构建突变文库.依据突变体催化番红O显色的特性,采用琼脂平板法和96微孔板法相结合的高通量筛选方法,成功获得突变体gldA-74,其酶活力是亲本重组酶的2.73倍.通过软件对突变体gldA-74酶基因和亲本重组酶基因进行分析对比,发现突变体gldA-74酶基因发生了一处点突变(A964T),该突变使一处氨基酸被取代.将亲本重组酶和进化酶的高效表达产物经Ni柱纯化后,酶学性质的测定结果表明,甘油的Km值由0.58 mmol.L-1升高至0.63 mmol.L-1,而NAD的Km值由0.74 mmol.L-1升高至0.77mmol.L-1,并且酶的最适pH值由原来的11.5升高至12.5,而最适温度由65℃降至55℃.     

人和鼠脑cDNA文库的建立以及全长cDNA的批量分离

应用λZAP Express cDNA文库构建试剂盒构建了人3个月和8个月胎儿脑及大小鼠脑cD-NA文库.第2链cDNA经Sepharose CL-4B凝胶过滤层析后去除了较小的片段,使大片段cDNA具有较高的克隆效率.所建立的文库具有较长的插入片段.合并不同长度范围的人3个月胎儿脑cDNA片段,分别克隆入文库载体,获得了长片段、中片段、短片段及合并cDNA文库.从分级文库中各随机挑取300个克隆,经载体引物PCR扩增后,测定5'末端序列,一共获得894个表达序列标签(EST)序列.根据同源性比较结果将感兴趣的克隆环化后测定全长cDNA序列,得到了12条新的全长cDNA.这些文库的建立以及新EST,cDNA的分离为文库筛选和获得脑表达的新基因奠定了基础.     

抗稻瘟病水稻BAC文库的构建与鉴定

水稻是一种重要的粮食作物,同时也是一种重要的单子叶植物模式.稻瘟病是水稻生长中的一种严重病害,因此分离和克隆新的稻瘟病抗病基因具有重要的应用价值.以一个抗稻瘟病农家种水稻为材料,以plndigoBAC5为载体,构建了细菌人工染色体（BAC）文库.该文库共有90 000个转化子,插入频率99％,插入片段平均长度为105 kb,由此推测这个文库覆盖水稻基因组约20倍.利用其中的45 000个转化子建立了4维PCR筛选体系,并且通过4维PCR筛选体系,筛选获得了7个含水稻分蘖基因（MOC1）的阳性克隆.因此该文库是一个高质量、高覆盖率的水稻BAC文库,能有效用于目的基因的分离.     

小麦苗期盐胁迫72h cDNA文库的构建及质量检测

以98-160盐胁迫72 h叶片的mRNA为起始材料,采用SMART技术构建了一个高质量的cDNA文库,经检测,未扩增文库的滴度为3.44 ×106 pfu/mL,白斑率＞85%,插入片段多数在0.5～1.5kb,有的可以达到2kb,平均长度为800bp.因此,按照此方法构建的是1个高质量的cDNA文库,可有效地用于下一步全长基因的筛选和克隆.     

棉花半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因的克隆、表达与活性研究

通过从已构建好的突变体湘棉-18的cDNA文库中筛选分离出一个半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因的全长cDNA序列,经测序和序列分析,发现该片段包含一个完整的开放阅读框,长378个碱基,编码125个氨基酸,氨基酸序列中包含了一个半胱氨酸蛋白酶抑制剂家族的保守区段Gln-Val-Val-Ala-Gly;信号肽预测发现该序列包含一个N端信号肽,保守区分析该基因编码的氨基酸包含一个半胱氨酸蛋白酶抑制剂相似区域.半胱氨酸蛋白酶抑制剂在大肠杆菌中表达重组蛋白,在条件为30℃,IPTG 5mmol/L,时间24～36h时,CPI实现最优表达,Western Blotting分析表明表达的蛋白正确.通过木瓜蛋白酶活性抑制实验,结果表明该重组CPI具有一定的酶活抑制作用.     

油菜突变体库构建与激素反应基因克隆分析

以优质高产的油菜品种1244W6为材料,采用浸花蕾方法,将含有激活标记和Basta筛选标记质粒pSKI015的农杆菌进行转化,成功构建了油菜激活标记突变体库.通过Basta筛选,结果共获得约30 000个转基因株系(T1代).将部分转基因株系种子(T2代)培养在不含任何激素、或含有不同浓度植物激素的营养液中,结果筛选出激素反应突变体63个,长下胚轴和短下胚轴突变体分别为15和13个.采用TAIL-PCR技术,克隆了W1016激素反应突变体T-DNA插入位点基因组旁邻序列.     

褐飞虱取食水稻幼苗cDNA文库的构建及筛选

以褐飞虱取食 3 2 h的水稻幼苗为材料构建了 c DNA文库 ,初始文库含 3 .2× 1 0 6 个克隆 ,重组率为 86%,取 1 .0× 1 0 6个克隆子扩增一次 ,收集到 80 m L滴度为 1 .2× 1 0 9pfu/ m L的扩增文库 .随机挑取 2 0个克隆以 T7和 M1 3 reverse为引物进行 PCR扩增 ,以鉴定插入片段的大小 ,结果发现多数片段的长度在 1～ 4.0Kb左右 ,少数片段在 4Kb以上 ,个别片段在 6Kb左右 .以在受褐飞虱取食的水稻幼苗中特异表达的 ESTBp Hi0 0 8为探针 ,筛选 c DNA文库 ,得到该基因的 c DNA全长