《利用CRISPR核糖核蛋白复合物对植物基因组编辑突变进行基因分型》

  • 来源专题:转基因生物新品种培育
  • 编译者: zhangyi8606
  • 发布时间:2018-10-12
  • 尽管在基因组编辑方面取得了巨大的成就,但是准确检测由序列特异性核酸酶引起的突变仍然是植物尤其是多倍体植物的一个挑战。当突变频率低或需要筛选大量群体时,有效的检测方法尤其重要。本文应用纯化的CRISPR核糖核蛋白复合物切割PCR产物用于六倍体小麦和二倍体水稻的基因组编辑突变检测。结果表明,该突变检测方法比Sanger测序方法更灵敏,比PCR/RE方法更适用于无限制性内切酶位点的检测。我们还证明了这种检测方法在小麦基因组编辑中特别有用,因为目标位点常常被单核苷酸多态性所包围。利用该筛选方法,我们还可以检测纯化的TALEN蛋白诱导的外源游离DNA TAGW2突变。最后,我们表明,部分碱基编辑突变也可以使用高保真SPCAS9变异体或FNCPF1检测。PCR/RNP法成本低,可广泛应用于植物基因组编辑突变的快速检测。

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    • 目前在优化CRISPR / Cas9系统用于精细作物育种方面正在作出大量的努力。避免转基因整合和减少脱靶突变是最重要的优化目标。该研究阐述了一种运用CRISPR / Cas9核糖核蛋白(RNP)进行有效的小麦基因编辑方法。从RNP制备开始,整个过程只需要七到九个星期,即可从100个未成熟的小麦胚中产生四到五个独立的突变体。深度测序揭示小麦细胞中脱靶突变的机会在RNP介导的基因组编辑比在用CRISPR / Cas9 DNA编辑中低得多。与该发现一致,在突变体植物中没有检测到靶外突变。因为在CRISPR / Cas9 RNP介导的基因组编辑中不使用外源DNA,获得的突变体完全不含转基因。该方法可广泛应用于作物基因编辑育种,并具有良好的商业化前景。
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    • 编译者:zhangyi8606
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    • 人们很容易看到大量高档餐厅和杂货店推销非转基因生物产品,并得出结论,食用转基因生物对你的健康有害。反转基因运动有效地激起了人们的恐惧和忧虑,其经常援引令人怀疑的“科学”理论,并遵循“预防原则”,就是说即使没有可信的科学理由来避免转基因食品,它们仍然应该被避免,因为未来某个时候可能会发现其缺点。这个组织严密、资金充足的反转基因运动有效地淹没了支持转基因组织的论点,包括对农业可持续性的重大全面改善。 一些反对转基因运动的人士认为,有必要对某些育种技术(包括基因编辑)进行更多的审查和监管。欧盟最近裁定,基因编辑作物在监管方面应该像转基因生物一样对待,这引起了更大的混乱。 欧盟的这项裁决要求使用CRISPR和其他基因编辑工具创建的植物与转基因生物相同,并受到同样严格的规定。但是,该裁决也有一个例外,不包括使用具有长期安全记录的常规诱变技术开发的植物。 这项裁决令人头疼,迫切需要理解所涉及的科学。那么,什么是基因编辑?它与转基因或转基因作物有什么不同吗?如果基因编辑的作物无法与传统植物育种培育的作物区分开来,那它们又如何被调控呢? 基因编辑和创造转基因生物是有区别的。理解这种区别对于做出对消费者和投资者以及对全球粮食供应的未来有利的选择至关重要。从对诱变作用的更好理解开始。 突变作为鉴定优良植物品种的历史手段 事实是:只要我们吃植物,我们人类就食用转基因食品。 自发突变-DNA中的变化或突变-总是自然发生的。这是由于自然辐射,如紫外线或宇宙射线,化学反应,或DNA复制错误。当DNA的这种化学变化发生在植物编码重要信息的基因组的一部分时,这种变化通常是有害的。但有时,这种改变是有益的,并且由此产生的突变植物比其亲本更好。 人类已经选择改良的突变植物至少9000年了。包括玉米、西瓜和桃子在内的现代作物与它们的野生祖先有着根本的不同,这是人类长期选择优质作物进行植物育种的结果。早期的农民会选择具有有利突变的作物系,如更大的谷物、更美味的水果,或其他理想的特性(比如,一种大葫芦可用作容器)。年复一年,最好的植物种子被保存和重新种植。农民们总是在寻找好种子,就像今天一样。经过多代人的杂交育种农民创造了遗传改良和更强壮、产量更高的作物。从本质上讲,几千年来,农民一直在对作物进行基因改造,至少是通过选择突变体和仔细杂交不同品种。 这些传统的方法今天仍在使用。此外,近90年来,植物育种家采用了新的方法来提高产生突变的效率,目的是选择改良的品种。从1930年左右开始,包括X射线、伽马射线、紫外线和中子在内的各种辐射被用于“诱变”植物种群,以产生高频率的诱变植物突变体,育种者可以从中选择。从20世纪40年代开始,芥子气和类似的化合物被用作另一种产生突变体的方法。甚至在今天,化学物质如甲烷磺酸乙酯(EMS)和类似的化合物通常被用来产生突变体植物群体。这些方法是有用的——2004年发表的一篇高被引文章估计,来自诱变群体的2250多种植物品种已经公开。 “自发”或“诱导”植物突变的一个关键方面是突变的过程是随机的。现在,有一些为植物引入变异的方法不是随机的,而是高度计划的。 这些是精密的基因编辑工具,如CRISPR/Cas9、归巢核酸内切酶(“巨核酸酶”)、寡核苷酸定向诱变和锌指核酸酶,它们都可以用来产生突变,这些突变与自发或诱导群体所鉴定的突变无法区分。 引导理想的突变 我们正在基因组测序和分析技术上经历着快速的进步,价格急剧下降,能力也逐年增加。这意味着植物科学家和育种家能够识别出关键需要的突变,而这些新的基因编辑工具能够对植物品种进行精确的编辑。相对于开发突变体品种和将多个期望的突变组合成同一植物品种所需的传统植物育种步骤,这在时间和资源上具有很大的优势。利用该技术对植物进行改良有着重大的兴趣,包括Calyxt、Precision Biosciences和Pairwise在内的公司都致力于利用基因组编辑来开发和交付改良的植物品种。 虽然这些工具中的每一个都有不同的机制,但是改变本身原则上与自发的、自然的突变是无法区分的。在最终产品中,没有异物的痕迹残留,并且编辑过的生物体的基因组基本上与以前相同。