单链退火(SSA)介导的动物基因组精确编辑系统的构建、优化及应用

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:melaniezhao
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着测序技术的不断发展,由碱基序列组成的生命画卷逐渐呈现在世人面前。基于日渐完善的基因组序列信息,特定基因的功能研究、遗传疾病的碱基突变检测及畜禽优良性状的基因定位和改良等系列研究也逐步推进。以上研究主要通过基因组编辑技术对靶基因序列实现定点插入、序列删除或碱基突变实现。基因组编辑技术依赖人工特异性核酸酶在基因组上制造双链断裂及由此引发的DNA修复途径实现基因编辑。现阶段两种主要的DNA修复途径导致的编辑结果分为:通过非同源末端链接(Nonhomologous end-joining,NHEJ)修复途径产生碱基插入或缺失造成基因敲除,和通过带有断口两端同源序列的供体DNA参与的同源介导的修复(Homology-directed repair,HDR)途径实现特定碱基序列的插入、删除或替换。在疾病治疗和畜禽性状改良的实际应用中,要求在对基因组序列进行改造的过程中保证基因组编辑的精确性,即除了目的碱基的删除、插入或替换外,不引入任何额外的碱基序列,这一技术被称为基因组精确编辑。目前存在的基因组精确编辑技术根据基因组编辑次数划分,可以分为一步法和两步法。一步法使用核酸酶在基因组上造成双链断裂之后,以环状质粒、双链DNA或者单链DNA为模板,通过HDR直接向基因组中引入点突变、碱基缺失或序列插入。两步法在第一步通过HDR引入点突变、碱基缺失或序列插入的同时,引入用于阳性筛选的整合序列;第二步通过Cre-Loxp、piggyBac或二次HDR的方式,将第一步引入的筛选序列删除,最终得到基因组精确编辑结果。一步法的修复结果只能通过测序对编辑之后的细胞单克隆进行逐个检测,耗时耗力且效率低,因此一般通过药物或者荧光筛选系统,帮助得到核酸酶转染阳性或者核酸酶打靶阳性的克隆,此方法一般用于胚胎干细胞、诱导多能干细胞或者原核注射等试验。而在现存的两步法技术中,Cre-Loxp系统敲出筛选序列之后会在基因组上残留一个Loxp序列,可能导致基因沉默、染色体结构改变等隐患;piggyBac转座子在实现序列高效删除的同时,可能会引起基因组其他TTAA位点处筛选序列随机插入;二次HDR的方法则面临因整合至基因组的筛选基因沉默而导致的假阳性结果。本研究提供了一种新的两步法基因组精确编辑技术——基于单链退火(Single strand annealing,SSA)修复机制的基因组精确编辑技术。该策略的供体DNA包含正、负药物及荧光筛选基因的筛选表达盒序列,和序列两侧同向同源的SSA同源臂序列。该技术第一步依赖CRISPR/Cas9产生双链断裂,经由带有点突变的同源臂介导的HDR,向基因组中带入精确编辑序列的同时,插入筛选表达盒及SSA同源臂序列;第二步靶向筛选表达盒外侧、SSA同源臂内侧的靶位点,造成两个双链断裂,在删除筛选序列同时引发SSA修复机制,完成基因组精确编辑。基于以上理论设计,本研究主要结果如下:1.构建了单链退火(SSA)介导的基因组编辑技术,并利用该系统在293T细胞的CCR5位点、APP位点和α-syn位点分别获得45.83%,68%和50%的精确编辑效率。2.针对基因组编辑系统的第一步HDR供体载体形式和第二步SSA同源臂长度两个方面,对试验一获得系统的效率进行优化,发现双切质粒供体具有更高的整合效率,且基因组上的SSA效率与同源臂长度呈正相关。3.基于试验二优化结果对供体载体进行改良,并利用改良载体在PK15细胞的IGF2位点和RELA位点进行应用,分别获得30%和53.33%的精确编辑效率。4.由于在基于单链退火的基因组精确编辑技术的开发中(试验一、二、三),没有观察到双等位编辑的结果;但在遗传疾病治疗、基因功能研究及畜禽品种改良中,双等位基因编辑具有重要应用价值。故基于试验一、二、三中使用的正负筛选表达盒序列设计原则,进一步开发出了用于双等位基因编辑的TK-Puro~R-eGFP/TK-Zeo~R-mRFP双等位基因敲入系统,且在293T细胞的APP位点和PSEN1位点分别得到52.94%和54.90%的双等位编辑效率。在TK-Puro~R-eGFP/Tk-Zeo~R-mRFP双等位编辑系统基础之上优化筛选表达盒长度,构建了Puro~R-eGFP-TK/Zeo~R-mRFP-TK和Puro~R-TK/Zeo~R-TK两套效率更高的双等位敲入系统,在APP位点得到了更为高效的双等位基因编辑效率,敲入效率分别为82%和70%。本研究开发了一套简洁高效,具有普遍适应性的单链退火(SSA)介导的基因组精确编辑系统,为基因功能研究、遗传疾病治疗和家畜生产性状改良提供了新的方案。基于此开发的三套高效的双等位编辑系统为双等位基因操作提供了新的思路,并为后续双等位基因精确编辑奠定了基础。
其他文献
通过对泥沙沉降试验结果进行统计整理和理论分析,研究了粘土含量对粉沙质泥沙沉降速度的影响。结果表明:泥沙沉降速度同时受泥沙中值粒径d50和粘土含量p0.004控制;沉降速度w随泥
气溶胶是日常生活中难以避免,而对人(鸽)有害的空气中的微粒污染物。它随气流飘浮并逐渐弥散,是传染病流行发病的第一祸根和赛鸽的主要杀手。深信鸽友们在对鸽舍进行消毒时,
中心温度为34~36℃称为轻度低温。围手术期由于麻醉药物或方法抑制体温调节和(或)病人暴露于寒冷环境而常发生轻度低温。本文综述正常体温调节、麻醉对体温调节的影响、围手术期轻度
目的 观察无创正压通气治疗慢性阻塞性肺疾病急性加重期(AECOPD)合并重度高碳酸血症的临床疗效。方法 选择2012年1月~2016年2月期间我科使用无创正压通气治疗107例AECOPD合并重
“警车开道”的事还是时有所闻的。弄一辆警车提高自己的身价,老百姓对此并不欣赏。构建和谐社会,更不应该扰民。因为我们是社会主义国家,“情为民所系”,“公仆”与主人的关
期刊
1.前言:遥想初年歌起时,一路豪迈直到今早在人类文明初期,黄河冲积平原气候温和,有巨厚的松散沉积物,积聚了丰富的地下水,在河南黄河两岸史前遗物附近,有一种小麦草大量分布,
期刊
不同的再制造成形方案获得的再制造产品质量、资源消耗、环境影响等均不同,为了在经济、环境、技术可行性等条件约束下获得最佳质量的再制造产品,提出一种基于KT法和熵权法的
曾写下"苟利国家生死以,岂因祸福避趋之"的民族英雄林则徐,其人格之高尚,其官德之廉,为后人所敬仰。从他两次赴任时发的两道"传牌",就可见一斑。清道光九年(1830年),林则徐由
期刊
教师要充分调动学生的积极性,让学生积极主动地搜集手工课上所需要的素材,提前做好手工课前的准备,并能发现所搜集来的材料的用处。在课堂教学中,让学生准备一个"百宝箱"是一种
《临床康复学》是康复治疗学专业一门非常重要的临床应用课程,涉及临床各科疾病的内容特别广泛,传统教学方法很难使学生熟练掌握大量知识和技能。在"协同创新、中西并重,康复