Judy Hallett 在基因编辑小鼠模型领域拥有 25 年的从业经验,在生殖生理学领域拥有 33 年的从业经验。在获得麦吉尔大学物理学和生殖生理学学位后,她管理了昆士兰州的转基因动物服务中心,专门从事转基因小鼠的原核注射。她在普渡大学拓展了自己的专业知识,管理转基因小鼠核心设施,并采用了各种技术。Judy 还在托马斯·杰斐逊研究所工作过一段时间,专注于大鼠的原核微注射。她的研究涵盖 ZFN、TALEN 和 CRISPR 技术。
抽象的基因组编辑正在揭示其在科学发展和理解的广泛领域的好处。基因组编辑从ZFN和CRISPRS升级到CRISPR的进步定义了其广泛的应用。繁殖是所有生物体维护其几代人的基本过程。crispr/cas9,一种新的多功能基因组编辑工具最近被驯服,以纠正几种疾病,导致基因突变,并扩散其手臂以改善生殖健康。它不仅编辑有害的遗传突变,而且还用于通过引入自私的遗传元素来控制寄生虫疾病(例如疟疾)的传播,这些遗传元素通过生殖传播到世代和人群中。这些应用使我们回顾了CRISPRS在再生生物学中的最新发展。
基因组编辑技术的进步使得利用酶的功能进行有效的 DNA 修饰成为可能,这对治疗人类遗传疾病具有巨大的潜力。已经开发出几种核酸酶基因组编辑策略来纠正基因突变,包括大核酸酶 (MN)、锌指核酸酶 (ZFN)、转录激活因子样效应核酸酶 (TALEN) 和成簇的规律间隔短回文重复序列-CRISPR 相关蛋白 (CRISPR-Cas)。CRISPR-Cas 已被进一步设计为创建切口酶基因组编辑工具,包括具有高精度和高效率的碱基编辑器和主要编辑器。在这篇综述中,我们总结了用于治疗遗传疾病的核酸酶和切口酶基因组编辑方法的最新进展。我们还强调了这些方法转化为临床应用的一些局限性。
摘要 基因组编辑技术的出现为水果、观赏作物、工业作物和所有特种作物的靶向性状增强开辟了新途径。特别是,基于 CRISPR 的编辑系统(源自细菌免疫系统)已迅速成为世界各地研究小组的常规使用工具,这些研究小组寻求以更高的精度、更高的效率、更少的脱靶效应和与 ZFN 和 TALEN 相比总体上更易于使用的方式编辑植物基因组。CRISPR 系统已成功应用于多种园艺作物和工业作物,以促进果实成熟、提高抗逆性、改变植物结构、控制花朵发育时间、增强所需代谢物的积累以及其他重要的商业性状。随着编辑技术不断
新的育种技术不仅彻底改变了生物科学,而且还被用于生成无转基因产品。基因组编辑是一种强大的技术,已用于修改几种重要作物的基因组。本综述描述了基因组编辑系统(例如ZFN,Talens和CRISPR/CAS)的基本机制,优势和缺点。其次,我们详细总结了应用于土豆和其他块茎作物的CRISPR/CAS系统的所有研究,例如红薯,木薯,山药和胡萝卜。与自我不相容性,非生物生物耐药性,营养 - 抗营养素含量以及利用CRISPR/CAS系统靶向的收获后因子相关的基因。我们希望这篇综述提供基本信息,这些信息对于将来的块茎作物繁殖以开发新颖的品种很有用。
CRISPR/Cas 技术与 TALEN、ZFN 和归巢内切酶等其他基因编辑系统一起,是所有类型生物(从微生物、植物到动物)基因组改造的首选,在工业、基础研究和医学等不同领域有着无数的应用。近年来,这种基因编辑技术已用于靶向拟南芥、水稻、玉米、大豆和烟草等多种作物的多个基因,以生产具有改良性状(如产量增加、生物和非生物胁迫耐受性、食品质量改善)的新品种。与生产优良植物(非转基因)的基因工程相比,该技术的优势在于可以避免与公众接受这些植物相关的严格监管测试和伦理问题。
基因编辑技术有很多种,其中包括 ZFN(锌指核酸酶)、TALEN(转录激活因子样效应核酸酶)以及最广为人知的 CRISPR-Cas9(成簇的规则间隔短回文重复序列,C RISPR 相关蛋白 9)(PMID:27908936)。CRISPR-Cas9 基因组编辑系统的发现被视为科学上的一项重要突破,首席研究员 Jennifer Doudna 博士和 Emmanuelle Charpentier 博士因此获得了 2020 年诺贝尔化学奖(https://www.nobelprize.org/uploads/2020/10/popular-chemistryprize2020.pdf)。 “编辑”一个基因来改变其功能为治疗遗传疾病带来了巨大的希望,特别是那些无法彻底治愈的疾病,例如 GM2 神经节苷脂沉积症、GM1 神经节苷脂沉积症和卡纳万病。
基因编辑是一种尖端技术,正在迅速重塑生物技术,医学和农业学科。遗传构成的精确改变需要在感兴趣的区域引入DNA病变,并利用DNA损伤响应和同源驱动的修复机制。DNA容易受到各种生理和病理因素的每日损害[1],导致DNA双链断裂(DSB)或单链断裂(SSB或Nick)可能会触发基因组恢复,如果未经修复或不正确地修复时[2]。这些事件可以触发下游过程,例如致癌或程序性细胞死亡[3]。为维持基因组完整性,维修机制网络已经发展,它们的激活是由内源性或外源性应激引起的DNA损伤类型决定的。基因编辑技术利用了此内在修复网络的功能来重写DNA。四个主要的编辑平台包括巨型核酸酶,锌纤维核酸酶(ZFN),转录激活剂样效应核酸酶(TALENS)和定期插入的短短圆锥形重复序列(CRISPR)。天然巨核触发了DNA损伤,但需要独特的识别序列才能进行动作,这使得很难找到目标区域特异性的endonucle-Ases [4]。重新设计核酸酶的努力导致了替代方案的发展,例如ZFNS和TALES,其中DNA结合结构融合到了FOKI限制酶的裂解结构域。这种大大改善了人类细胞和动物模型中的基因编辑,从而促进了基因编辑的治疗应用[5-8]。然而,可行性问题仍然无法解决,因为这些人工核酸酶除了随机的脱靶诱变外,还需要蛋白质工程的目标序列,这使整个过程中的目标序列的每一个变化都使整个过程都易于努力且昂贵[9]。包装和大型核酸酶的包装和交付也很困难,进一步限制了体内应用[7]。另一方面,CRISPR技术在编辑方式上具有非常重要的优势,因为它克服了每个新目标站点对蛋白质工程的需求,从而使其易于重编程[4]。但是,由于CRISPR会产生非专业的DSB,可以介绍 -
基因组编辑是一种在基因组中特定位置生成 DNA 序列变体的技术。这可以发生在蛋白质的编码区,从而影响其功能,也可以发生在启动子区,从而影响细胞类型特异性或启动子活性的时间。基因组编辑工具箱中最著名的系统是 CRISPR/Cas9,基因剪刀的发明者 Emmanuelle Charpentier 和 Jennifer Doudna 因该系统获得了 2020 年诺贝尔奖 2 。替代系统是转录激活因子样效应核酸酶 (TALEN) 或锌指核酸酶 (ZFN)。所有这些编辑工具都以基因组中的特定序列为目标,并在目标位点诱导 DNA 双链断裂。一旦 DNA 被切断,细胞就会使用自己的 DNA 修复机制,包括几乎所有细胞类型和生物体中发生的两种主要机制:同源定向修复 (HDR) 和非同源末端连接 (NHEJ),分别导致靶向整合或基因破坏 3 。
自1996年第一个站点定向的核酸酶(SDN)和锌指核酸酶(ZFN)的发展以来,基因组编辑场发生了迅速变化(Kim等,1996)。自此以来,已经开发了许多工具,可以实现遗传序列的目标变化,最广泛使用的是CRISPR/CAS9(Jinek等,2012)。SDN允许研究人员轻松地靶向基因组中的序列,并在包括植物在内的各种生物体中以非常特定的方式引入变化(Feng等,2013)。SDNS的使用导致自引入以来的短时间内在植物中产生了各种各样的新表型。早期基因组编辑的重点主要是在基因敲除上,这很容易通过靶向核酸酶实现。SDNS形成双链断裂(DSB),由主机的本机维修机械修复。这通常会导致返回原始基因组序列,或插入或删除