基因编辑是指精确改变特定核酸序列的方法。随着成簇的规律间隔短回文重复序列 (CRISPR)/Cas9 系统的最新发展,基因编辑变得高效、方便和可编程,为遗传和非遗传疾病的转化研究和临床试验带来了希望。CRISPR/Cas9 系统应用中的一个主要问题是其脱靶效应,即在基因组中产生意想不到的、不需要的甚至是不利的改变。迄今为止,已经开发出许多方法来指定或检测 CRISPR/Cas9 的脱靶位点,这为成功升级具有更高精确度的 CRISPR/Cas9 衍生物奠定了基础。在这篇综述中,我们总结了这些技术进步,并讨论了未来基因治疗在脱靶效应管理方面面临的当前挑战。
Lophiotrema 属是 Lophiotremataceae 科中的一种子囊菌属真菌。该属的成员作为内生菌已被从多种宿主植物以及陆地和海洋生境中的植物碎片中分离出来,它们被认为在这些环境中起着腐生菌的作用。Lophiotrema sp. F6932 是从新加坡乌敏岛的白色红树林 (Avicennia officinalis) 中分离出来的。该真菌的粗提取物表现出强效抗菌活性,通过生物测定指导的生物活性成分分离和结构解析,分离出了 palmarumycin C 8 和一种新的类似物 palmarumycin CP 30 。全基因组测序分析鉴定出一种假定的 1 型迭代 PKS (iPKS),该 PKS 推测参与了 palmarumycin 的生物合成。为了验证帕尔马霉素 (PAL) 基因簇参与这些化合物的生物合成,我们采用核糖核蛋白 (RNP) 介导的 CRISPR-Cas9 诱导 PAL 中酮合酶 (KS) 结构域的靶向缺失。KS 结构域上游和下游的双链断裂 (DSB) 之后进行同源定向修复 (HDR),其中潮霉素抗性盒两侧有 50 bp 的同源性。与野生型菌株相比,所得的缺失突变体表现出完全不同的表型,因为它们具有不同的菌落形态并且不再能够产生帕尔马霉素或黑色素。因此,这项研究证实了 PAL 参与了帕尔马霉素的生物合成,并为实施类似方法表征这种研究不足的真菌菌株中其他感兴趣的基因簇铺平了道路。
由Cas9切口酶和逆转录酶组成的Prime Editor能够对小片段DNA进行精准的靶向编辑,包括所有12种碱基替换、插入和删除,而不需要双链断裂或供体模板。目前优化的Prime Editor策略(PE3)使用两条引导RNA来引导Prime Editor的性能。一条同时携带间隔区和模板序列的引导RNA(pegRNA)引导Prime Editor产生ssDNA断裂和随后的延伸,另一条引导RNA在互补链上产生切口。在这里,我们证明将切口sgRNA定位在pegRNA的模板序列附近可以促进靶向的大片段删除,并且将两条引导RNA改造成pegR-NA以实现双向Prime Editor(Bi-PE)进一步将效率提高了16倍,编辑产物的准确性提高了60倍。此外,我们还发现 Bi-PE 策略提高了多碱基同时转换的效率,但单碱基转换的效率不如 PE3。总之,Bi-PE 策略扩大了 Prime 编辑系统的编辑范围,提高了编辑效率和准确性,具有广泛的潜在应用价值。
成簇的规律间隔短回文重复序列 (CRISPR)/CRISPR 相关蛋白 9 (Cas9) 系统已成为一种成功且有前途的基因编辑技术。为了促进其有效应用,已经开发了各种计算工具。这些工具可以通过预测切割效率和特异性并排除不良靶标来帮助研究人员进行向导 RNA (gRNA) 设计过程。然而,虽然有许多工具可用,但对其应用场景和性能基准的评估却有限。此外,最近已经探索了用于 gRNA 效率预测的新深度学习工具,但尚未进行系统评估。在这里,我们讨论了与靶标活性问题有关的方法,主要关注它们利用的特征和计算方法。此外,我们在独立数据集上评估了这些工具并给出了一些使用建议。最后,我们总结了 CRISPR-Cas9 向导设计未来方向的一些挑战和观点。
HAL 是一个多学科开放存取档案库,用于存放和传播科学研究文献,无论这些文献是否已出版。这些文献可能来自法国或国外的教学和研究机构,也可能来自公共或私人研究中心。
摘要:定期间隔短的短膜重复(CRISPR)和相关的CAS核酸酶(CAS9)是一种尖端的基因组编辑技术,它通过使用短RNA分子来指定靶向DNA序列,通过使用短RNA分子,帮助内核酶Cas9在负责遗传性疾病的基因修复中的核酸内切酶Cas9。但是,应用此技术的主要问题是开发有效的CRISPR/CAS9传递系统。共识依赖于用纳米颗粒(NP)代表的非病毒输送系统的使用。壳聚糖是一种安全的生物聚合物,用于几种生物医学应用,尤其是基因递送的NP。的确,它在基因递送系统的背景下显示了几个优点,例如,其骨架上有带正电荷的氨基组的存在可以与带负电荷的核酸形成稳定的纳米复合物建立静电相互作用。但是,其主要局限性包括生理pH值的溶解度差和有限的缓冲能力,可以通过功能化其化学结构来克服。本评论对基于壳聚糖的CRISPR/CAS9传递系统的不同方法进行了批判性分析以及未来发展的建议。
摘要:小麦的 α -麦胶蛋白与其他面筋成分一起决定了面包的粘弹性。然而,它们也与人类病理有关,如乳糜泻或非乳糜泻小麦敏感性。CRISPR/Cas 已成功用于敲除面包小麦和硬粒小麦中的 α -麦胶蛋白基因,从而获得低筋小麦品系。尽管如此,这些基因的突变分析很复杂,因为它们在 A、B 和 D 亚基因组中呈现多个高度同源的拷贝串联排列。在这项工作中,我们提出了一种基于 NGS 扩增子测序的生物信息学流程,用于分析两个单向导 RNA (sgRNA) 靶向的 α -麦胶蛋白基因中的插入和缺失 (InDels)。通过与最相似的野生型亲本序列进行比较,该方法可以识别突变的扩增子并分析 InDels。对样本间比较进行了 TMM 标准化;能够研究各代中每个 InDel 的丰度,并观察 Cas9 编码序列在不同细胞系中分离的影响。该工作流程的实用性与识别可能的基因组重排(例如由于 Cas9 切割活性而导致的大量缺失)有关。该流程能够快速表征多拷贝基因家族中多个样本的突变。
植物的基因组序列和基因组排列技术的进步已经增加了几乎任何农业特征的繁殖可能性。ZFN(锌核酸盐)和TALEN(转录激活剂效应子核酸酶),使得调节在分子水平上处理的任何基因成为可能。相比之下,CRISPR / CAS9基因组编辑方法包含简单的设计和易于克隆方法。cas9可以在一个以上的基因区域中与针对基因组中多个区域的不同引导(指南)RNA不同。CRISPR-CAS9模块中,使用了几种不同的修改CAS9盒来提高目标特异性并减少非目标分裂。还提供了新的选择来提高基因调节方法的特异性和效率。在这项研究中,植物育种中总结了基于CRISPR/CAS9的基因组编辑技术,并提出了CRISPR/CAS9的研究来提高生物和非生物胁迫耐受性。
Ivan E. Ivanov 1,2,†、Addison V. Wright 3, ‡、Joshua C. Cofsky 3、Kevin D. Palacio Aris 4、Jennifer A. Doudna 3,5、Zev Bryant 2,6
CRISPR/Cas9 基因组编辑已广泛应用于各种植物物种。创建功能丧失的等位基因、启动子变体和突变体集合只是基因组编辑的众多用途中的几种。在有性生殖物种的典型工作流程中,会生成包含整合的 CRISPR/Cas9 转基因的植物。编辑目标基因后,可以在下一代中识别出仅包含所需编辑的 T-DNA 无效分离子。然而,保留 CRISPR/Cas9 转基因并在后续几代中继续编辑为模型植物和作物提供了一系列应用。在这篇综述中,我们将跨代基因编辑 (TGE) 定义为遗传杂交后继续编辑 CRISPR/Cas9。我们讨论了 TGE 的概念,总结了当前的主要应用,并重点介绍了特殊案例,以说明 TGE 对植物基因组编辑研究和育种的重要性。
