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CRISPR/CAS9介导的植物基因组编辑的时代
摘要最近，工程化的核酸酶具有革命的基因组编辑，以在复杂的真核基因组中的特定位点扰动基因表达。这些基因组编辑工具的三个重要类别是锌指核酸酶（ZFN），梅甘（Meganu）和转录激活剂样效应核酸蛋白酶（TALEN），它们用作构成靶标特异性DNA结合结构域和分子scissors scissors Orecartors orcissor or Cilliction scissor or Crimentector或bigractionals的杂交系统。此外，最近的II型II型定期间隔间的短质体重复序列（CRISPR）相关蛋白（CRISPR/ CAS9）系统已成为最喜欢的植物基因组编辑工具，用于其精确和RNA的基于RNA的特异性，这与依赖于蛋白质特异性的对应物不同。质粒介导的多个SGRNA和CAS9的质粒介导的共传递可以同时改变一个以上的靶基因座，从而实现多重基因组编辑。在这篇综述中，我们讨论了CRISPR/CAS9技术机制，理论及其在植物和农业中的应用中的最新进展。我们还建议CRISPR/CAS9作为有效的基因组编辑工具，具有作物改善和研究基因调节机械性和染色质重塑的巨大潜力。
基因编辑 CRISPR/Cas9 系统在 β-乳球蛋白基因敲除的背景下生产低过敏性牛奶的奶牛
BLG 是牛奶中的主要过敏原，约 3% 的婴儿和幼儿对牛奶过敏 [1]，而全脂牛奶制成的辅食可能会引发严重疾病 [2]。从牛奶中去除 BLG 可降低其致敏性，并提高其作为幼儿食品的潜力。迄今为止，降低牛奶混合物致敏性的主要方法是深度变性蛋白质。实际上，我们谈论的是肽的混合物，但这可能导致形成新的致敏表位。一种现代替代方法是创建具有 BLG 基因敲除的动物的方法[3,4]。在工业化奶牛品种上进行此类工作尤其重要，因为它可以让您创造特定特征，而不会影响其他具有经济意义的特征和生产力。此前，人们结合了转基因、基因敲除和 SCNT，以及 TALEN 和原核微注射。所有这些都显示出足够的有效性。 Crispr/Cas9 基因编辑技术的快速发展 [5, 6] 使我们能够在用于生产的牛品种中有效引入 BLG 基因突变。在本文中，我们介绍了开发和创建用于引入双链
CRISPR-Cas9 在农业中的应用：方法、应用、未来前景和相关挑战
摘要：CRISPR/Cas 是一种适应性免疫系统，尤其是在古细菌和细菌中发现，它彻底改变了农业领域，并成为一种潜在的基因编辑工具，让分子科学家对改进的基因操作产生了极大的兴奋。CRISPR/Cas9 是一种 RNA 引导的核酸内切酶，在其前身 ZFN 和 TALEN 中很受欢迎。CRISPR 与其前身相比的用途在于使用短 RNA 片段来定位靶标并破坏双链，从而避免了蛋白质工程的需要，从而允许对基因编辑进行时间效率测量。它是一种简单、灵活且高效的可编程 DNA 切割系统，可以进行修改以用于广泛的应用，例如敲除基因、控制转录、修改表观基因组、控制全基因组筛选、修改抗病和抗逆基因以及成像染色体。然而，基因货物运送系统、脱靶切割和生物体安全问题对该系统提出了重大挑战。已经进行了多次尝试来纠正这些挑战；使用sgRNA设计软件、cas9切口酶和其他突变体。因此，进一步解决这些挑战可能会为CRISPR/cas9解决农业相关问题开辟道路。
提高国产基因组编辑工具“锌指-ND1”的功能性......
修改目标 DNA 的基因组编辑工具是基因和细胞治疗的有力工具。目前主要的基因组编辑工具是CRISPR-Cas，应用最为广泛；其次是TALEN；最后是ZFN，应用最少。其中CRISPR-Cas和TALEN的基本专利将持续到2030年甚至更晚，因此在医疗领域使用需要高额的授权费用。另一方面，ZFN的基本专利已于2020年到期，它是一种可免许可使用的基因组编辑工具。通过将识别DNA的Zinc Finger与切割DNA的FirmCutND1 Nuclease（由广岛大学自主开发）相结合，可以制作出名为“Zinc Finger-ND1”的纯国产基因组编辑工具。然而，构建功能性ZFN并提高其基因组编辑效率极具挑战性。 [研究成果总结] 传统上，创建ZFN的主流方法是从随机重排的ZF中筛选与目标DNA结合的ZF。然而，创建功能性 ZFN 大约需要两个月的时间，这需要大量的时间和精力。另外，人们设计了一种称为“模块化组装”的方法，用于将 ZF 在基因上连接起来，但在制作三指 ZFN（三个 ZF 连接在一起）时，获得功能性 ZFN 的概率约为 5%，由于生产效率低，该方法无法使用。我们假设，手指数量少导致可识别的碱基数量减少，从而导致产生功能性 ZFN 的效率降低。因此，在本研究中，我们采用模块化组装的方式构建了一个6指ZF-ND1（图1），以增加其识别的碱基数量。结果，我们构建的10个ZF-ND1中，有两个被证实具有基因组DNA切割活性，这意味着我们以20%的概率成功获得了功能性ZFN。为了进一步完善ZF-ND1的功能，我们使用结构建模技术（AlphaFold、Rossetta和Coot的分子建模）来模拟ZF和DNA之间的相互作用（图2）。通过与 Zif268（一种与 DNA 结合的天然 3 指 ZF）的 DNA 相互作用模型进行比较，确定了五种候选突变。此外，通过比较与 Zif268 的 DNA 糖磷酸骨架结合的氨基酸，确定了四个突变候选者。当将这九个候选突变逐一引入功能性 ZF-ND1 时，发现其中三个突变（图 3）可提高基因组 DNA 切割活性。 V109K突变使裂解活性提高了5%，并且我们成功在结构建模的基础上增强了ZF-ND1的功能。
使用 TALE-BE 进行高效的多工具/多重基因工程
TALE 碱基编辑器是最近添加到基因组编辑工具箱中的。这些分子工具是转录激活因子样效应结构域 (TALE)、分裂 DddA 脱氨酶半体和尿嘧啶糖基化酶抑制剂 (UGI) 的融合，它们具有直接编辑双链 DNA 的独特能力，将胞嘧啶 (C) 转化为胸腺嘧啶 (T)。为了剖析 TALE-BE 的编辑规则，我们将数十个靶向核基因组位点的 TALE-BE 的筛选与基于将 TALE-BE 靶位点集合精确敲入细胞基因组的中/高通量策略相结合。后一种方法使我们能够深入了解 cellulo 中的编辑规则，同时排除不同基因组位点之间的表观遗传和微环境差异等混杂因素。利用获得的知识，我们设计了靶向 CD52 的 TALE-BE，并实现了非常高的基因敲除频率（高达 80% 的表型 CD52 敲除）。我们进一步证明 TALE-BE 仅产生微不足道的插入/缺失和副产物。最后，我们将两种分子工具（TALE-BE 和 TALEN）结合起来进行多重基因组工程，产生高水平的双基因敲除（~75%），而不会在两个靶位点之间产生易位。
体内造血干细胞基因组编辑
摘要：过去二十年，基因组编辑工具取得了巨大进步，为先天性和后天性疾病的基因治疗提供了创新而有效的方法。锌指核酸酶 (ZFN)、转录激活因子样效应核酸酶 (TALEN) 和 CRISPR-Cas9 已通过体外造血干细胞 (HSC) 基因治疗应用于遗传疾病（即血红蛋白病、范康尼贫血和遗传性免疫缺陷）以及传染病（即 HIV），而最近开发的基于 CRISPR-Cas9 的系统使用碱基编辑器和主要编辑器以及表观基因组编辑器为基因治疗提供了更安全的工具。然而，体外添加或编辑 HSC 基因的方法复杂、具有侵入性、技术难度大、成本高且有毒性。体内基因添加或编辑有望将基因治疗从一种高度复杂的策略转变为一种“用户友好型”方法，最终成为一种广泛可用、高度可及且可能负担得起的治疗方式。在本篇综述文章中，我们基于 30 多年来体外 HSC 基因治疗的经验教训，讨论了体内 HSC 基因编辑的概念、工具、取得的进展以及临床转化面临的挑战。
评估基因治疗产品中基因组编辑脱靶背景下的遗传异质性：FDA 公开研讨会
根据美国食品药品监督管理局 (FDA) 的规定，基因治疗通过转录或翻译转移的遗传物质或特异性改变宿主（人类）基因序列来发挥作用 (FDA 2020)。基因组编辑技术，例如锌指核酸酶 (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)-Cas 相关核酸酶，包括碱基编辑器，提供了各种工具来高精度地修改基因组 (Li et al. 2020)。这些基因编辑技术极大地加快了基因组编辑基础研究 (Doudna 2020) 和治疗产品的创造速度。尽管这些基因组编辑模式对于高度特异性的基因工程具有巨大的前景，但必须严格审查潜在的脱靶效应，以改进技术并优化其安全性和有效性。意外改变（也称为脱靶或脱靶编辑）的潜在影响是基因组编辑作为一种治疗策略的安全性的关键考虑因素。基因组的意外改变可能是由修改除故意针对的位点以外的 DNA 引起的（美国国家科学院 2017 年）。
为 CRISPR/Cas9 设计引导 RNA 构建体...
水稻 (Oryza sativa L.) 是世界人口（亚洲和非洲）消费最广泛的主食。作为半水生一年生植物，水稻极易因各种环境压力而损失。许多研究表明需要开发耐非生物和生物胁迫的品种 [1] 。标记辅助育种、诱变育种、RNA 干扰、反义技术、ZFN 和 TALEN 等方法被用于开发水稻等作物抗非生物胁迫的优良性状。然而，最近，成簇的规律间隔的短回文重复序列相关核酸酶 (CRISPR/Cas) 系统作为开发作物可遗传基因操作的有效工具而备受关注 [2] 。 2013 年，利用 CRISPR/Cas9 在模式植物拟南芥中成功开发出基于基因组的编辑技术 [3] ，此后，各种作物中已成功编辑了大量与农艺性状相关的基因。这一进步为研究人员开辟了许多新的可能性，包括能够更快地了解生物植物系统。CRISPR 系统主要用于提高不同作物的产量效率、生物强化、生物和非生物胁迫耐受性 [1] 。
谁信任基因编辑的食物？对一项代表性调查研究的分析，预测了饮食和有目的的避免基因编辑的食物的意愿
CRISPR-CAS，ZFN和TALEN提供基因编辑机会，这些机会可能会导致新食品和农产品具有最终用途消费者的可识别利益。鉴于前几代人经过遗传修改的食品所面临的公众看法和反弹，因此人们对基因编辑的食品将如何被理解，以及是否会被社会接受或避免。这项研究提供了及时可靠的数据，这些数据报告了美国公众的代表性协调研究，以表明哪些因素影响其愿意饮食或有目的地避免基因编辑的食物的意愿。这项研究填补了这一差距，以确定具有影响力的因素，这些因素不仅有助于解释公众信任的成员GEF并愿意吃GEF食品或选择避免它们，而且还可以避免使用它们，为什么要持有他们的信任态度。通过我们的分析，我们发现社会价值，机构信任和意识是美国人为什么选择进食或避免基因编辑食物的最重要因素。令人惊讶的是，公众对食物的切实特征（例如安全，成本，口味和外观）的态度与GE食品感知无关。这有助于解释为什么美国公众几乎没有区分愿意吃加工的意愿或用杂草作物制成的生食。
在人类细胞中进行碱基编辑以产生单核苷酸变体克隆细胞系
碱基编辑技术能够在哺乳动物细胞的目标基因组位点引入点突变，其效率和精度高于采用 DNA 双链断裂的传统基因组编辑方法，例如锌指核酸酶 (ZFN)、转录激活因子样效应核酸酶 (TALEN) 和 CRISPR-Cas9（成簇的规律间隔的短回文重复序列-CRISPR 相关蛋白 9）系统。这可以更省时省资源地生成单核苷酸变异同源细胞系（即基因组序列仅在单个编辑核苷酸处彼此不同的细胞系）。这些单核苷酸变异克隆细胞系是评估遗传变异在天然细胞环境中的功能作用的有力工具。因此，碱基编辑可以在受控实验室环境中促进基因型到表型的研究，可用于基础研究和临床应用。在这里，我们提供优化的协议（包括实验设计、方法和分析）来设计碱基编辑构建体、转染粘附细胞、批量量化碱基编辑效率以及生成单核苷酸变体克隆细胞系。