• 快讯 简单的基因改造旨在阻止蚊子传播疟疾

    来源专题:转基因生物新品种培育
    编译者:王晶静
    发布时间:2021-04-16
    转基因蚊子表达抗疟疾基因并将其传给后代,这是一种消除疟疾的新策略,目前正在进行测试。近期发表在《eLife》杂志上的一项初步研究表明,改变蚊子的肠道基因,让它们将抗疟疾基因传播给它们的下一代,这是一种有望遏制疟疾的方法。这项研究是利用CRISPR-Cas9基因编辑技术改变蚊子基因的一系列步骤中的最新成果,这些改变可能会降低其传播疟疾的能力。如果进一步的研究支持这种方法,它将为减少疟疾引起的疾病和死亡提供一种新的途径。
  • 快讯 CRISPR-Cas9改良版本可以同时敲除多个植物基因

    来源专题:转基因生物新品种培育
    编译者:王晶静
    发布时间:2021-03-29
    Martin Luther University Halle-Wittenberg(MLU)和Leibniz植物生物化学研究所(IPB)的研究人员开发了基因编辑工具CRISPR-Cas9的改良版本,能够一次敲除植物中多达12个基因。到现在为止,这仅对于单个或少数基因组才可行。该方法使研究各种基因的相互作用更容易。 科学家们以生物学家Sylvestre Marillonnet博士的工作为基础,他为IPB的CRISPR-Cas9系统开发了一种优化的构建模块。这种结构有助于在植物中产生更多的Cas9酶,Cas9酶对遗传物质起着剪刀的作用,”MLU生物研究所的植物遗传学家Johannes Stuttmann博士解释说。研究人员添加了24种不同的引导rna,引导剪刀酶到达遗传物质中所需的位置。该方法在拟南芥(Arabidopsis thaliana)和本氏烟草(Nicotiana benthamiana)上进行了实验。在烟草植物中,最多可以同时关闭八个基因,而在拟南芥中,在某些情况下最多可以关闭十二个基因。据Stuttmann说,这是一个重大的进步。“据我所知,我们的团队是第一个同时成功处理这么多目标基因的团队。这可能使克服基因冗余成为可能。”他补充道。 欲了解更多细节,请阅读MLU网站上的文章(https://pressemitteilungen.pr.uni-halle.de/index.php?modus=pmanzeige&pm_id=5205)。信息来源:ISAAA。
  • 快讯 CRISPR-Cas9改良版本可以同时敲除多个植物基因

    来源专题:转基因生物新品种培育
    编译者:王晶静
    发布时间:2021-03-29
    Martin Luther University Halle-Wittenberg(MLU)和Leibniz植物生物化学研究所(IPB)的研究人员开发了基因编辑工具CRISPR-Cas9的改良版本,能够一次敲除植物中多达12个基因。到现在为止,这仅对于单个或少数基因组才可行。该方法使研究各种基因的相互作用更容易。 科学家们以生物学家Sylvestre Marillonnet博士的工作为基础,他为IPB的CRISPR-Cas9系统开发了一种优化的构建模块。这种结构有助于在植物中产生更多的Cas9酶,Cas9酶对遗传物质起着剪刀的作用,”MLU生物研究所的植物遗传学家Johannes Stuttmann博士解释说。研究人员添加了24种不同的引导rna,引导剪刀酶到达遗传物质中所需的位置。该方法在拟南芥(Arabidopsis thaliana)和本氏烟草(Nicotiana benthamiana)上进行了实验。在烟草植物中,最多可以同时关闭八个基因,而在拟南芥中,在某些情况下最多可以关闭十二个基因。据Stuttmann说,这是一个重大的进步。“据我所知,我们的团队是第一个同时成功处理这么多目标基因的团队。这可能使克服基因冗余成为可能。”他补充道。 欲了解更多细节,请阅读MLU网站上的文章(https://pressemitteilungen.pr.uni-halle.de/index.php?modus=pmanzeige&pm_id=5205)。信息来源:ISAAA。
  • 快讯 中科院北京生科院环形RNA数据挖掘新技术研究获进展

    来源专题:转基因生物新品种培育
    编译者:王晶静
    发布时间:2021-03-29
    2021年3月12日,中国科学院北京生命科学研究院研究员赵方庆团队在Nature Biotechnology上发表了题为Comprehensive profiling of circular RNAs with nanopore sequencing and CIRI-long的论文,研究内容为高效测定环形RNA全长转录本的实验和计算方法。该研究主要是利用随机引物对环形RNA进行的滚环反转录扩增,而后应用纳米孔测序技术对环形RNA的全长序列进行直接测序,并使用开发的CIRI-long算法识别长测序读段中的环形RNA序列并进行全长重构。实验结果表明,与传统的环形RNA二代测序技术相比,该方法将环形RNA检测灵敏度提升了20倍,并可实现对不同长度(<100bp-5kb)的环形RNA全长序列的无偏识别,大幅提升了环形转录本的重构能力,为其功能研究提供了重要的实验方法和计算工具。 环形RNA是一类在真核生物中广泛存在的具有特殊环状结构的RNA分子。研究表明,在生物体内,环形RNA主要通过其序列特征,发挥miRNA海绵、RBP海绵及翻译短肽等重要的生物学功能。因而环形RNA的全长序列确定是进行环形RNA功能研究的重要基础。由于环形RNA的内部序列与线性mRNA分子高度相似,在数据中很难区分来自环形RNA和线性RNA分子的读段。研究方法对于环形RNA结构的识别能力主要被二代测序的读长所限制,对于长度较长(>500bp)的环形RNA分子,仍缺少有效的全长重构手段。 针对这一问题,研究团队构建并优化环形RNA建库流程,使用随机引物对环形RNA进行滚环反转录扩增,结合片段长度筛选(~1kb),针对长度更长的目标cDNA片段进行富集,最后使用纳米孔测序技术,实现了对目标环形RNA的全长序列进行直接测定。同时,研究人员进一步开发了CIRI-long算法,识别纳米孔测序数据中的环形RNA结构,并使用偏序比对算法,校正纳米孔测序带来的测序错误。随后,CIRI-long基于基因注释和剪接信号信息,提供单一样本内和多样本间结果的整合与校正方法,实现了环形RNA的准确识别和全长重构。为了评估CIRI-long方法的准确性和效率,研究人员利用模拟数据和多次实验重复,综合评估CIRI-long结果,发现该方法具有较高的灵敏度,且与实验结果保持了高度的一致性。同时,结合二代测序结果及公共数据库的全面分析,表明CIRI-long可有效地对高表达环形RNA进行识别,且与二代测序方法相比,CIRI-long对环形RNA的检测效率有着近20倍的提升,对表达丰度较低的环形RNA有着更好的识别效果,同时可以识别到长度更长的环形RNA分子,大幅提升了环形RNA全长的检测能力。利用该方法,研究进一步发现了一类由内含子自连形成的新型环形RNA分子(Intronic self-ligated circRNA)。这类环形RNA具有特殊的剪接位点内侧的GT-AG信号和较高的两侧序列保守性,在之前工作中缺乏普遍研究。此外,研究人员在小鼠不同组织中,对内含子自连型环形RNA的表达模式开展了进一步探究,发现Tpm1基因可以产生一个长度为767bp的内含子自连型环形RNA——circTpm1。与Tpm1基因的其他内含子相比,该分子成环区域具有相对较高的保守性,且与线性mRNA在组织间具有不同的表达模式,说明circTpm1并非其母本基因转录的副产物,可能具有一定的生物学功能。综上,研究人员开发了基于纳米孔测序技术的环形RNA全长识别流程CIRI-long,通过结合滚环反转录扩增和纳米孔长读长测序技术,可直接测定环形RNA的全长序列,实现了对环形RNA的高灵敏度检测和内部结构重构。与传统的二代测序方法相比,CIRI-long大幅提升了环形RNA全长重构能力,并可实现与二代测序相近的分析成本。同时,CIRI-long提供了样本间整合分析的工具,并针对纳米孔测序的高错误率建立了有效校正方法,为环形RNA的功能研究提供了重要的方法学工具,具有很高的应用价值。 该研究工作由赵方庆团队完成,获得国家杰出青年科学基金、国家重点研发计划及中科院的支持。赵方庆团队在前期的工作中建立了环形RNA识别、可变剪接检测及定量等方法,相关研究发表在Nature Biotechnology(2021)、Nature Communications(2016,2020)、Genome Biology(2015,2020)、Briefings in Bioinformatics(2018)、Trends in Genetics(2018)、Genome Medicine(2019)、Cell Reports(2019)和Bioinformatics(2020)上。这些研究成果丰富了我们对环形RNA的组成及结构的认识,为深入了解这一类特殊的RNA分子提供了重要工具和数据支持。 论文链接:https://www.nature.com/articles/s41587-021-00842-6
  • 快讯 中科院青岛能源所发展出工业微藻染色体大片段切除技术

    来源专题:转基因生物新品种培育
    编译者:王晶静
    发布时间:2021-03-29
    作为一种“负碳”的光合细胞工厂,工业微藻能将阳光、海水和二氧化碳规模化地转化为油脂与氢,服务于洁净能源的供给。然而,藻类基因组的大片段操作通常极为困难,长期阻碍着藻类底盘细胞的开发。针对这一问题,中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心建立了精确可控的藻类染色体大片段DNA切除技术,首次示范了>100 Kb DNA片段的单重与连续删减,从而为“最小藻类基因组”的设计和“最简植物底盘细胞”的构建打开了大门。相关研究成果发表在《植物学期刊》(The Plant Journal)上。 除了光合作用、碳浓缩、油脂合成等关键功能模块以外,藻类基因组通常还包括很多由可移动元件、重复序列等组成的“功能冗余”区域。这些大片段染色体DNA既是一种额外的代谢负担,影响基因组的可控性与稳定性。因此,“大刀阔斧”式精确切除这些大片段的“染色体手术刀”,是构建光驱固碳底盘细胞的必备工具。由于缺乏这样的“染色体手术刀”,藻类中从未有大片段基因组DNA切除的报导。 作为一种可规模化室外培养的工业产油微藻,微拟球藻(Nannochloropsis spp.)已成为光驱合成生物技术研究和产业的重要模式体系之一。为了开发大刀阔斧式的“染色体手术刀”,单细胞中心助理研究员王勤涛带领的研究小组,根据NanDeSyn数据库中的大量转录组和蛋白组数据,定义了海洋微拟球藻基因组上的一系列不表达或低表达区域(Low-Expression Regions, LERs),作为切除的目标区域。 科研人员设计了一个基于CRISPR/Cas的“染色体手术刀”,通过两条用于定义剪切位置的向导RNA(gRNA)的共表达,实现了位于30号染色体5’端的基因组中最大LER中目标片段(81 Kb)的精确删除。研究发现,“染色体手术”后,染色体末端端粒能够自动重生,导致长达110 Kb的30号染色体5’端臂(占该染色体长度的22%、含24个基因)得以一次性地切除。在此基础上,研究人员通过同时表达4条gRNA,实现了分别位于30号与9号染色体上的最长和次长的两个LER(最大删除合计214 Kb,含52个基因)在同一细胞中的并行切除。 利用“拉曼组”等单细胞精度的代谢表型分析手段,研究表明,尽管经历了这些染色体大片段切除手术,微藻细胞在生长速度、生物量、潜在最大光合速率、叶绿素荧光非光化学猝灭、油脂含量和脂肪酸不饱和度等关键性状却几乎没有受到影响。在生长速度和生物量累积速率上,一些工程株甚至有小幅却显著的加快。这些发现表明,通过这种染色体手术来构建“最小藻类基因组”,具有相当的可行性。 针对微拟球藻,单细胞中心已发表了基于CRISPR/Cas的基因敲除技术、基于RNAi的基因敲低技术等高效遗传操作工具与工程株库,并通过其组织的“微拟球藻设计与合成数据库”(NanDeSyn,http://www.nandesyn.org),推动国内外工业微藻研究与产业群体的资源共享。此次染色体大片段切除技术的发表,将进一步推动微拟球藻为光驱合成生物技术研究和产业做出特色贡献,也为设计“最简植物底盘细胞”、支撑“负碳生物制造”,奠定了方法学基础。 该工作由单细胞中心研究员徐健主持完成,得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委员会等的资助。 论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15227