原核CRISPR-Cas系统的结构功能及应用

CRISPR-Cas系统是新近在原核生物中发现的一种抵御外来DNA入侵的免疫机制,由一个成簇规则间隔的短回文重复序列(CRISPR)和附属的蛋白质(Cas)组成,广泛分布于真细菌和古菌中.CRISPR由重复序列及其间隔序列组成,间隔序列来自于过去的入侵DNA,并插入到细菌的CRISPR排列中.一旦出现新的入侵,CRISPR转录,其RNA经过加工后与Cas蛋白质组成一个核蛋白复合体,该复合体通过RNA与入侵DNA序列之间的互补配对,结合目标序列,最后Cas蛋白质将入侵DNA降解.此外,基于CRISPR系统中的Cas9蛋白,发展了一种新的基因组编辑技术,在不同的细胞中均能获得高效的基因定点打靶,展现出巨大的潜力.     

新一代基因组编辑技术在人类疾病动物模型中的应用

基因编辑是一项对基因组进行定点修饰的新技术。基因编辑主要通过对目的基因的改造,达到未知功能基因研究和疾病治疗的目的。近年来,人工核酸酶介导的锌指核酸酶(ZFNs)、转录激活因子样效应物核酸酶(TALENs)及RNA引导的CRISPR-Cas核酸酶(CRISPR-Cas RGNs)等新一代基因组编辑技术的兴起极大地推进了基因功能研究的进展,并在构建人类疾病动物模型以及探索新型疾病治疗方案方面有着重要的意义。本文就这3种基因编辑技术及其在人类疾病动物模型研究中的应用作一介绍。     

新型基因编辑技术CRISPR/Cas9系统研究现状

规律成簇间隔短回文重复序列及其相关系统(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR associated,CRISPR/Cas system)是细菌和古细菌防御外来噬菌体、质粒或其他外源DNA侵染的获得性免疫系统.依据Cas蛋白种类和同源性,CRISPR/Cas系统被分为3类,其中,Ⅰ类和Ⅲ类需要多种Cas蛋白参与,而Ⅱ类系统,即CRISPR/Cas9组成简单,仅需Cas9蛋白参与即可.经过遗传工程改造后的CRISPR/Cas9已经作为一种新型的基因编辑工具被用于多种生物的基因组编辑.本文就CRISPR/Cas9系统的发现、结构组成、作用机制、研究现状、面临的困境及应用前景等几方面进行了总结.     

人工核酸酶介导的基因靶向修饰技术

基因组靶向修饰技术是基因组改造和基因研究的重要手段,而人工核酸酶介导的基因修饰技术很大程度上提高了基因组靶向修饰的有效性、高效性和特异性,其主要工作原理是造成特异性的DNA双链断裂(DSB)诱导细胞内DNA修复,从而造成自发突变或引入人为变化,完成基因的敲入或者敲除.人工核酸酶基因修饰技术,包括了锌指核酸酶(ZFN)技术、类转录激活因子效应物核酸酶(TALEN)技术以及CRISPR-Cas系统,它们的分子作用机制、系统构建以及效用有一定的不同.对3种基因修饰技术的原理、研究进展和应用进行系统的阐述.通过利用人工基因修饰技术,能够精确、高效地对特定的基因实现编辑和修饰,以期在基因工程领域得到广泛的应用.     

基因编辑技术在绒山羊育种中的应用

近年来,随着基因编辑技术发展的日趋完善,其在猪、牛、羊等家畜育种上的应用日益增多.为全面了解基因编辑技术在绒山羊育种中的研究进展,总结了锌指核酸酶(ZFNs)、转录激活类效应因子(TALENs)和成簇规律间隔短回文重复序列核酸酶(CRISPR/Cas9)三种基因编辑技术的原理和方法,阐述了其在转基因绒山羊研究中的发展现状和应用前景.     

基因编辑技术原理及其在动植物研究中的应用

自人类基因组计划开展以来,越来越多生物的基因组序列得到了测定,基因的功能逐步得到鉴定.人们期望通过对基因表达的改变,来治疗人类疾病或提高生物的产量和品质.早期突变技术对基因的改变是不定向的,近年来,锌指核酸酶(ZFN)、转录激活子样效应因子核酸酶(TALEN)和CRISPR/Cas9等技术可对某个已知基因进行编辑.特别是CRISPR/Cas9技术,由于具有操作方便、效率高等优点,因此成为对基因进行定向操作的强有力工具.本文对几种基因编辑技术的原理和应用进行简要介绍和展望.     

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.     

一种新型的构建CRISPR/Cas9 KnockOut载体的方法

利用CRISPR/Cas9系统这一基于细菌核酸酶Cas9的新型基因编辑工具,可以在原核细胞和真核细胞中实现基因敲除的功能.首先使用CRISPR设计工具设计靶点,退火来制备sgRNA双链,用Bsm BⅠ酶切割gRNA质粒,构建Lenti CRISPRv2的重组质粒.通过U6启动子上的LKO1.5引物对每个菌落序列进行了测序验证,结果表明利用此新方法可以成功构建CRISPR/Cas9系统的Knock Out载体.     

CRISPR/Cas9系统介导的斑马鱼park2基因的定点敲除

作为目前最新、最先进的基因编辑技术,CRISPR/Cas9系统为分子细胞生物学带来革命性发展,以它的简单高效、灵活性以及可实现DNA序列的定向突变而被广泛使用.斑马鱼的park2基因位于第13号染色体上,编码的Parkin蛋白是一个E3泛素连接酶.该基因在斑马鱼中的功能还不清楚.利用CRISPR/Cas9系统,首次在斑马鱼胚胎中实现了park2基因的大片段删除.由于斑马鱼在发育和疾病研究中有很大优势,实现park2基因敲除将有助于将来进一步研究该基因的功能.     

利用改良的CRISPR/Cas9系统构建猪PPARD 载体及效率检测

为了构建猪PPARD基因编辑载体并进行基因编辑效率检测，本研究利用改良的双位点编辑CRISPR/Cas9载体系统，根据PPARD基因结构和序列特点，设计2个能靶向切割PPARD基因的sgRNA序列，将2个PPARD sgRNA表达盒以串联的形式连接到一个CRISPR/Cas9载体中。将构建的质粒转染PK15细胞，提取各组细胞DNA,PCR扩增突变区域后，通过序列测定在DNA水平检测载体编辑效率。分别提取各组细胞总RNA及细胞总蛋白，利用qRT-PCR及Western blot在基因表达及蛋白表达水平上检测重组载体的基因编辑效率。结果发现，PPARD-2KO组DNA总突变率为45.83%(22/48);与正常对照组相比，PPARD基因编辑组中PPARD mRNA显著下降84%(P<0.01),PPARD蛋白表达量显著下降61%(P<0.01)。本研究利用改良的CRISPR/Cas9载体系统成功构建了高效PPARD基因编辑载体，并且未经药物筛选即可在细胞上实现高效率基因编辑，将大幅提高后续筛选单细胞克隆效率，推进对PPARD基因的功能研究。     

CRISPR-Cas 系统在生物学研究中的应用

摘要: 成簇的规律间隔的短回文重复序列( clustered regularly interspaced short palindromic repeats,简称为 CRISPR) 系统是一种新的基因修饰技术,具有制作周期短、成本低和作用高效等优点。本文从结构、研究历史、分类和分布、作 用机制和其在生物学研究中的应用等方面介绍 CRISPR-Cas 系统。     

Gene Disease Diagnostic System

IntroductionBinary optics[1,2 ] is a new technology which uses amicro- ion- etching film layer on a thin glass plateinstead of a common cubic glass lens.With binaryoptics,optical elements (such as lens andgratings) can be fabricated as integrated circuit(IC) devices.The binary optics can be integratedinto a laboratory on- a- chip[37] ,which includes thethree classic steps,sample preparation,biochemical reaction,and detection analysis.These small biochips have been used forpolymerase chain rea…     

A versatile biosensing platform coupling CRISPR-Cas12a and aptamers for detection of diverse analytes

Rapid and sensitive detection of various analytes is in high demand.Apart from its application in genome editing,CRISPR-Cas also shows promises in nucleic acid ...     

利用CRISPR-Cas9 构建syncytinA 条件敲除小鼠

摘要: 目的构建syncytinA( 合胞素A) 条件敲除小鼠,为进一步研究syncytinA 在胎盘形成过程中发挥的融合及非融合作用及研究子痫前期病理模型提供基础。方法在用ES 细胞打靶完成syncytinA 外显子上游loxp 同源重组基础上,利用CRISPR-Cas9 得到syncytinA-loxp 小鼠。构建syncytinA-loxp 转基因载体及sgRNA,通过原核显微注射方法将构建好的doner、Cas9 及sgRNA 一并注射到C57 小鼠受精卵中,并移植入同期受孕代孕受体ICR 输卵管中获得子代小鼠。用PCR 方法检测子代鼠尾基因型, loxp 阳性小鼠与WT 交配获得syncytinA-loxp 小鼠。为了检测syncytinA-loxp 能否被敲除,通过与prime1cre 及zp3cre 交配获得syncytinA － / － ,PCR 及q-PCR 检测syncytinA 是否被敲掉。结果经PCR 及q-PCR 方法检测,我们成功得到syncytinA － / － 胚胎。结论syncytinA 条件敲除小鼠构建成功,为更好的研究它在胎盘及子痫前期中的功能提供了基础。     

全球生物制药行业专利态势分析

 从专利统计分析角度,分析了生物制药领域发展的现状及趋势、技术发展的重点和热点。研究发现,全球生物制药技术发展已趋于成熟,抗肿瘤药物领域依然是研发热点。美国是生物制药领域创新实力的代表,中国专利申请近年来不断攀升,但质量有待提高。国内外制药公司依然是药物研发的主力军,科研机构也不断给生物制药行业带来新助力。CRIS-PR-Cas系统技术、PD-1/PD-L1免疫疗法以及CAR-T细胞疗法是目前生物制药领域的热门技术。     

水稻广亲和基因互作研究中测交种的再生体系建立

研究组织培养中水稻种子胚愈伤组织的诱导与2,4－D（2,4－二氯苯氧乙酸）质量浓度变化的关系,结果表明,2,4－D质量浓度为0．1mg/L时诱导愈伤组织的效率高达88．9％,低质量浓度及高质量浓度的2,4－D则均不适宜水稻成熟胚愈伤组织的形成;在此基础上成功建立了用于广亲和基因互作研究的受体杂交水稻F1代测交种的再生体系,并探讨了从愈伤组织分化到再生植株形成过程中可能出现的一系列问题,为F1代测交种的遗传转化奠定了基础。     

Cloning and sequence analysis of Sox genes in a tetraploid cyprinid fish,Tor douronensis

A PCR survey for Sox genes in a young tetraploid fish Tor douronensis (Teleostei:Cyprinidae) was per-formed to access the evolutionary fates of important functional genes after genome duplication caused by polyploidization event. Totally 13 Sox genes were obtained in Tor douronensis,which represent SoxB,SoxC and SoxE groups. Phylogenetic analysis of Sox genes in Tor douronensis provided evidence for fish-specific genome duplication,and suggested that Sox19 might be a teleost specific Sox gene member. Sequence analysis revealed most of the nucleotide substitutions between duplicated copies of Sox genes caused by tetraploidization event or their orthologues in other species are silent substitutions. It would appear that the sequences are under purifying selective pressure,strongly suggesting that they repre-sent functional genes and supporting selection against all null allele at either of two duplicated loci of Sox4a,Sox9a and Sox9b. Surprising variations of the intron length and similarities of two duplicated copies of Sox9a and Sox9b,suggest that Tor douronensis might be an allotetraploidy.     

CDV,CPV,CAV三联DNA疫苗的实验免疫研究

 犬瘟热病毒(CDV)、犬细小病毒(CPV)、犬腺病毒(CAV)是引起犬传染病的主要病原体,严重危害犬的健康,基因疫苗具有安全和克服幼犬母源抗体对主动免疫干扰的优点.根据CDV的H基因、CPV的VP1基因、犬2型腺病毒(CAV-2)F基因的核苷酸序列,用PCR或RT-PCR方法扩增克隆目的基因,分别构建了pIRCDV-H,pIRESVP1和pcCAV-F 3个真核表达质粒并进行了序列验证,用3种免疫质粒经纯化后混合对15只犬进行免疫,所有接种混合基因疫苗的犬,2次免疫后即可产生较高的抗体水平,攻毒后大部分犬能抵抗3种强毒的攻击,对照犬发病严重,证明所构建的核酸疫苗在一定程度上可抵抗强毒的攻击.     

Expression and anti-apoptoticmechanism of Spodoptera lit-toralis NucleopolyhedrovirusP49 protein

A novel cloned Spodoptera littoralis Nucleopolyhedrovirus (SlNPV) p49 gene is able to suppress apoptosis of insect cells Sf9 triggered by virus. The amino acid sequence of P49 expressed in baculovirus expression system is the same as predicted, indicating that the expression of P49 is correct. Metabolic labeling revealed that p49 was able to be expressed both in the early and late phases after the viral infection, and only in the late phase was the expression driven by polyhedra promoter, but the amount of expression was higher than that of wtSlNPV. In summary, the early gene of SlNPV p49 as well as p35 of AcMNPV is able to be expressed in the late phase, but its promoter is weaker compared with polyhedra promoter. In vitro, P49 can be cut by Bm caspase and human caspase-3, yielding 10 and 40 ku fragments. Purified P49 blocks the substrate cleavage by Bm caspase and human caspase-3, showing that P49 inhibits downstream caspases in the apoptotic pathway.     

线粒体基因种属鉴定复合扩增体系

针对cyt b基因和ND6基因序列,设计两对引物,以14种常见动物（包括人）生物性检材为对象进行PCR扩增,产物经聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）、硝酸银染色进行分析。结果证明,两条电泳条带者为人样本,分别是cyt b基因片段（358 bp）和ND6基因片段（181 bp）;一条电泳条带者为动物来源,是358 bp cyt b基因片段。在37.5μL PCR反应体系中最小检出模板量为0.25 pg基因组DNA。检材在4℃、室温和37℃温度下,经过4个月后均可获得正确的种属区分。高度潮湿环境中放置50 d的检材、形成于水泥地面、墙面、泥土等基质上的血痕,本方法可得到正确区分。由此建立的种属鉴定的线粒体基因复合扩增体系,其检测片段短、灵敏度高、操作简易,适合法医学上微量、降解、陈旧检材的种属判定。