《高彩霞研究组在作物基因组单碱基编辑方法研究中取得新进展》

  • 来源专题:人类遗传资源和特殊生物资源流失
  • 编译者: yanyf@mail.las.ac.cn
  • 发布时间:2018-07-11
  • 单碱基编辑技术( Base editor )是基于 CRISPR 系统的新型靶基因定点修饰技术,它不需要产生 DNA 双链断裂( DSB )及 DNA 模板就可以对基因组特定碱基进行高效的替换。单碱基编辑技术可以应用于通过精确改变单个碱基实现关键氨基酸的改变,可以通过引入终止密码子实现基因的功能缺失突变,还可以对一些启动子区的调控位点进行改变实现对基因的表达调控。   中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究组在前期研究的基础上,利用 Cas9 变体( nCas9-D10A )融合大肠杆菌野生型腺嘌呤脱氨酶( ecTadA )和人工定向进化的腺嘌呤脱氨酶( ecTadA* )二聚体,建立并优化出高效、精确的植物 ABE ( A denine B ase E ditor )单碱基编辑系统,在植物中实现高效的 A·T>G·C 碱基的替换。

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  • 《遗传发育所高保真 CRISPR-Cas9 基因组编辑方法研究获新进展》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:huangcui
    • 发布时间:2017-12-22
    • 基因组编辑是生命科学新兴的颠覆性技术,特别是基于 CRISPR-Cas9 系统的基因组编辑工具近几年迅猛发展,在医疗、农业等领域得到广泛应用。然而,Cas9 脱靶现象是目前限制其发挥巨大潜力的最主要问题之一,提高该系统的特异性一直是基因组编辑方法研究的焦点。 通过蛋白质工程的方法,美国两个课题组前期分别对 Cas9 蛋白进行定向改造,获得了三种特异性显著提高的 Cas9 蛋白变体:eSpCas9(1.0)、eSpCas9(1.1)和 SpCas9-HF1。中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究组近期的研究发现,这三种高保真的 SpCas9 核酸酶的基因组编辑活性会严格受到 sgRNA 向导序列(guide sequence)长度的影响。将向导序列设为与靶位点精确匹配的 20 个碱基,是确保三种高保真 SpCas9 核酸酶活性的重要前提。为此,高彩霞研究团队将水稻 tRNAGlu 序列融合到 U3 启动子和 sgRNA 之间,利用细胞內源的 RNase P 和 RNase Z 将未成熟的 sgRNA 中的向导序列加工成为与靶序列精确匹配的 20 个碱基,通过这一策略能够将 eSpCas9(1.0)、eSpCas9(1.1)和 SpCas9-HF1 的活性保持在与野生型 SpCas9 相当的水平,并且还保持其特异性。 该研究成果于 10 月 11 日在线发表于 Genome Biology 杂志上(DOI:10.1186/s13059-017-1325-9)。高彩霞研究组硕士生张定波和副研究员张华伟为该论文的并列第一作者。该研究得到科技部、农业部、中国科学院以及国家自然科学基金委的资助。
  • 《多元自动化基因组编辑技术研究取得进展》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2018-04-03
    • CRISPR/Cas9系统极大丰富了原核生物的基因组编辑方法。但由于CRISPR/Cas9系统高效的致死筛选能力和原核生物普遍的低同源重组效率,多靶点和自动化的基因组编辑仍难以实现,严重限制了菌株的遗传改造效率。 近日,中国科学院天津工业生物技术研究所研究员郑平带领的系统与合成生物技术团队、研究员孙际宾带领的系统生物分析团队以及研究员王猛带领的高通量新分子生物合成团队合作,在重要工业平台微生物谷氨酸棒杆菌中开发了多元自动化基因组编辑方法MACBETH(Multiplex Automated Corynebacterium glutamicum Base Editing Method)。该方法结合CRISPR/Cas9系统的定位功能与胞嘧啶脱氨酶(AID)的碱基编辑功能,可在染色体靶位点实现从C到T的编辑,编辑效率高达90%。MACBETH可同时在多个基因中生成提前的终止密码子,以失活靶基因。在天津工生所的自动化平台上,可实现从质粒构建、基因组编辑、获取正确突变株和表型验证的全流程自动化操作,编辑能力可达到每月数千突变株。作为示例,MACBETH用于一次性构建94个调控因子单独失活的菌株库,成功率达到100%。由于不需要额外提供DNA模板,该方法可降低基因组编辑难度与成本,并可在不影响基因组结构的前提下,快速构建全基因组规模的单基因失活菌株库,有望加快谷氨酸棒杆菌的基础和应用研究,为将谷氨酸棒杆菌改造为通用的微生物底盘提供技术支持。同时,该方法也为在其他原核生物中实现多靶点和自动化的基因组编辑提供了参考。 相关研究成果发表在Metabolic Engineering上,助理研究员王钰、研究实习员刘叶为论文的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院前沿科学重点研究项目、中国科学院重点部署项目、中国科学院率先行动“相关人才计划”和天津市特支计划项目的资助。