棉花团队系统总结基因编辑脱靶效应
南湖新闻网讯(通讯员 金双侠)2月6日,国际学◇术期刊Advanced Science 杂志在线发表■了华中农业大学棉花遗传改良团队题为“CRISPR/Cas systems in genome editing: methodologies and tools for sgRNA design, off-target evaluation and strategies to mitigate off-target effects”的综述论文,该论︼文总结了当前的基因编辑工具,基因编辑产生的脱靶效应及类型,脱◥靶效应的机理,动植物的脱靶效应存在的问题;并总结了如何进行sgRNA设计,脱靶效应的评估和预测,避Ψ 免和减轻脱靶效应的策略以及预期的基↑因组编辑结果的影响。
基因组编辑(Genome Editing, GE)技术是当前生命科学研▅究的前沿领域,近年来基因组编辑技术发展迅猛,出现了多种不同的基因组编辑方法包括锌指核酸酶(ZFN)技术,转录激活样效应因子核酸酶(TALEN)技术和串联间隔短回文重复序列(CRISPR/Cas)等系统,其中以CRISPR/Cas9系统最为便∞捷高效,应用也最广泛。目前CRISPR/Cas9系统已用于治愈人类遗传病、实现细胞个性化治疗、开发新药、作物遗→传改良等领域。但CRISPR技术存在的脱靶效应(Off-target effect)依旧是影响CRISPR技术能否广泛应用的主要限制因素,如何正确评估、检测Ψ脱靶效应,并提出相应的策略降低脱靶效应是当前基因编辑研究领域的重要研究方向。
为什么要关注基因编辑脱靶问题?
CRISPR / Cas9系统在基因组编辑中显示出巨︽大的潜力,但其脱靶可能给宿主生物带来严重的问题。脱靶可以导致染色体重排,在不完全匹配的基因组处造成损伤,并限制了GE在人类医学研究上的应用。除干扰染色体稳定性外,脱靶效应还可能导致¤功能基因活性的丧失,从而导致各种生理或信号异常(图1)。在植物中,CRISPR/Cas9已在超过30种植物物种和数百个基因实现成功编辑。与人类的基因疗法◣和临床研究不同,植物研究不受伦理学问题的影响,并且对GE的脱靶效应的耐々受性可能更高。虽然对于植物脱靶效应可以通过育种过程↓表型筛选来消除脱靶突变或自发突变,但对科学问题的研究依然带来很大的不ω确定性。因此非常有必要对基因组编辑中存在的脱靶问题进行系统分析,为未来更加高效、精准地№利用基因编辑技术提供理论依据及解决方案。
图1. CRISPR/Cas9系统的脱靶效应
基因编辑脱靶效应是如何卐产生的?
Cas9与DNA之间的相互作用首先是通过PAM位点的识别和结合来介※导的,同时crRNA和潜在靶标编辑序列之间的结合进行定向反▓应,形成稳定的R-循环,进而激活酶↑切活性使PAM近端DNA断裂。当sgRNA序列识别出特定序列之外的部分错配而不是靶上位↘点时,就会产生脱靶效应(图2)。同时,许多关于脱⌒靶的研究指出,错配的类」型及其与PAM序列的距离非常重要。通过该信息可以开发出多》种脱靶评分方法,从而有助于基于脱靶预测的gRNA选择。
图2 CRISPR/Cas 9 系统∑ 脱靶效应产生的机制
CRISPR/Cas系统脱靶效应的检测方法及应对策略有哪些?
针对CRISPR/Cas系统ζ存在脱靶效应,已经开发出多种检测Ψ脱靶效应的方法主要包⊙括Whole-genome sequencing (WGS)、Genome-wide, unbiased identification of DSBs enabled by sequencing (GUIDE-seq)、Digested genome sequencing (Digenome-seq)、BLESS、EndoV-seq (Endonuclease V sequencing)等以及 CRISPR-PLANT v2、CT-Finder(CRISPR Target、Cas-OFFinder) 等多种脱靶预测工具。 尽管□脱靶效应可能会限制基因组编辑的广泛使用,但基ζ 因组编辑技术的发展为包括动物,人类和植物在内的各种生①物体的基因组编辑提供了一系列分子工具,为了克服脱靶问题,越来越多的新型编辑系统(单碱基♀编辑系统、Cas9系列变体、截短的sgRNA、RNA编辑系统等),高质量的参考基因◣组信息,更加合理、高效的sgRNA设计工具,高效的GE递送系统等得以开发,能够使基因组编辑体系越来越精确,高效和可靠,避免或减∴少脱靶效应。
华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室张「献龙教授和金双侠教授为该论文的共同通讯作者〖,植物科学技术学院已毕业博士生Hakim Manghwar和博士生∑李波为共同第一作者。该研究得到国家科技部转基因专项(2018ZX08010-05B、2016ZX08005-001-006和 2019ZX08010-003)和▆中国工程院咨询项目(2018-XY-63)的支持。
原文链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201902312
未经允许不得转载:二九年华大学门户 » 棉花团队系统总结基因编辑脱靶效应
相关推荐
- 我校教授参▼加第6届国际三维基因〓组学研讨会
- 十九届四中全会精神专№题学习报告会举行
- 学校召开十届纪委六次(扩大)会议
- 校长李召虎带队调〗研研究生院
- 丁显延、李丕龙做客“创新、创造、创业”高端论坛
- 我校揭示PTPN介导ABA-AsA互作抗旱◆新机制
- 我校学子在全国种子解剖大赛上荣获佳绩
- 大学ω 生礼仪课的育人“三重奏”
- 【战“疫”快报】高翅等校领导到校园防控一线调研慰问(组图)
- 【战“疫”故事】田间】地头做“主播”,特别时期一场“特别”的视︾频教学
- 我校揭ぷ示调控油菜氮效率的生物学机制
- 我校新增智慧农业、光电信息科学与工程两个本科专业
- 第十四届青年教师讲课竞赛决赛落幕
- 学校研讨人文社会科学学】科发展
- 张献龙教授荣获何梁何利基金科学与技术进步∩奖
- 甘苏生做客狮子山导师学校谈“阅人与育人”
- 孙济中科教基金启动会举行
- 李召虎率队赴神农◤架林区推进校地战略合作
- 我校一项研成果获大北农科技奖
- 我校举行柑橘采后⊙科技成果评价会
新闻公告
- 我国十字花科育█种领域外文发文量位列世界第一 04-17
- 支部结对共建:共研疫期学业毕业就业创业 04-17
- 高翅:坚持高标准严要求抓好本科人才培养工作 04-17
- 新面貌,新气象——华中农业大学国际学生教育的蜕变 04-17
- 青山一道,风雨共担 04-16
- “点对点”邮寄电脑助力学生在○线学习 04-16
- 念好“四字诀”,工学院做好特殊时期毕业生就业工作 04-16
- 本科生毕业就业工作推进会召开 04-15
- 学校召开2020年定点扶贫工作会议 04-15
高考招生
- 2017年华中农业大♀学普通本科招生章程 08-05
- 2018年华中农业大学普通本科招生章程 08-05
- 华中农业大学2015年全日制普通本↓科招生章程 08-05
- 华中农业大学普通本科招生章程(2016年) 08-05
- 华中农业大学2013年全日制╱普通本科招生章程 08-05
- 华中农业大学2014年全日制普通本№科招生章程 08-05
- 华中农业大学2012年全日制普通本科招生章程 08-05
- 华中农业大学2008年全日制普通本科招生章程 08-05
- 华中农业大学2009年全日制普通本科招生章程 08-05
- 华中农业大学2007年全日制普通本科招生章程 08-05