華人學者成功提高CRISPR的多重編輯能力
日期:2015-03-04 08:57:00
規律成簇的間隔短回文重復CRISPR與內切酶Cas9,原本是細菌抵御病毒的重要武器。現在它們已經成為了基礎研究、分子治療和作物改良中的有力工具,幫助人們在多種生物中進行基因組編輯,包括人、小鼠、大鼠、斑馬魚、秀麗隱桿線蟲、植物以及細菌。不過,CRISPR/Cas9的靶向能力和多重編輯效率,往往會受到引導RNA(gRNA)表達策略的限制。
為此,賓夕法尼亞州立大學的研究團隊開發了從多順反子基因生產大量gRNA的通用策略。這項研究發表在三月二日的美國國家科學院院刊PNAS雜志上,文章的通訊作者是賓夕法尼亞州立大學的副教授Yinong Yang。Yinong Yang博士早年畢業于浙江大學(前杭州大學),現在他已經成為國際水稻分子病理領域的知名專家,近年來開始從事水稻基因組編輯的研究工作。
CRISPR/Cas體系包括一個稱為Cas9的DNA剪切酶,和一段與目標DNA片段匹配的引導性短RNA(gRNA)。Cas9內切酶在gRNA的引導下切割特定的DNA位點,引入多個gRNA可以同時修飾多個基因實現多重基因編輯。不過,CRISPR/Cas9的靶標能力很大程度上受到gRNA表達策略的影響。
tRNA加工系統能夠精確切割tRNA前體的兩端,研究人員決定利用這一點提高CRISPR/Cas9系統的靶向和多重編輯能力。他們將tRNA與gRNA結合起來,合成了一個多順反子基因。研究顯示,內源tRNA加工系統能夠精確加工這個合成基因,有效生成大量攜帶正確靶向序列的gRNA,引導Cas9編輯多個染色體目標。這一策略能夠在穩定的轉基因水稻中,高效(可達到100%)實現多重基因組編輯和染色體片段刪除。
tRNA及其加工系統在所有生物中是相當保守的,因此上述策略可以廣泛用于小RNA表達和基因組工程,顯著提高CRISPR/Cas9的靶向能力和編輯效率。賓夕法尼亞州立大學已經為這一技術提出了專利申請。
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