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2016年第4期(发布时间: Jun 17, 2016 发布者:丁倩)  下载: 2016年第4期.doc       全选  导出
1   2016-04-28 09:29:44.123 突破性CRISPR新技术 (点击量:12)

来自麻省大学医学院的科学家开发出了一项利用CRISPR/Cas9的新技术:CRISPRainbow,它使得研究人员能够在活细胞中标记和追踪7个不同的基因组位点。这一标记系统将成为实时研究基因组结构的一个宝贵的工具。

当前的一些技术最多只能在活细胞中一次追踪三个基因组位点。标记更多的位点要求通过用甲醛来浸泡细胞固定它们,因此这会杀死细胞,使得无法观察染色体结构响应刺激或随时间推移发生的改变。

为了克服这一技术障碍,马涵慧转向了CRISPR/Cas9。为了利用CRISPR/Cas9复合物沿着基因组标记出特异的位点,马涵慧和同事们构建出了一种突变使得Cas9核酸酶失活,因此它只能结合DNA而无法切割基因组。在失活后,CRISPR/Cas9元件借助于研究人员编程的向导RNA送到基因组上的特异位点。

为了在CRISPR/Cas9复合物结合基因组后能够看到和追踪它,马涵慧设计向导RNA结合了红、绿、蓝三种原色荧光蛋白其中的一种。随后可以在显微镜下实时观察和追踪到这些蛋白。通过将第二种荧光蛋白附着到向导RNA上,马涵慧组合三种原色生成了另外三种蓝绿色、洋红色和黄色的标记。组合所有三种原色则可获得第7种白色的标记。

2   2016-04-28 09:37:30.16 CRISPR编辑的蘑菇也不用监管了 (点击量:8)

通过基因组编辑,常见的白色双孢菇(Agaricus bisporus)已经具有了抗褐变的能力

美国农业部将不会对这种利用CRISPR-Cas9基因组编辑工具进行遗传修饰的蘑菇进行监管。

美国农业部姗姗来迟的决定意味着这种基因组编辑蘑菇可以直接用于种植和销售,无需通过法规机构的监管程序——这将是第一例得到美国政府上市许可的CRISPR基因组编辑生物。

“听闻这个消息,学术界都非常开心。”来自北京的中国科学院遗传与发育生物研究所的高彩霞说,“我们会看到更多的基因组编辑作物将免于法规监管,对此我很有信心。”

宾夕法尼亚州立大学伯克分校的植物病理学家杨亦农正是基因组编辑蘑菇的研究人员,他带领的团队利用CRISPR技术对双孢菇(Agaricus bisporus)进行了基因组编辑,使其抗褐变。突变的靶位点是一类编码导致褐变的多酚氧化酶(PPO)的基因家族。通过删除蘑菇基因组中极少几个碱基,杨教授敲除了6个多酚氧化酶基因中的一个,由此将这类酶的活性降低了30%。

过去5年中,约有30个遗传修饰生物(GMO)成功绕过了美国农业部监管体系,杨教授的基因组编辑蘑菇只是其中之一。对于每一份申请,美国农业部动植物检疫局(APHIS)都表示,这些遗传修饰生物(大部分是植物)并不符合该机构必须监管范畴的相关规定。(如果某种作物通过了美国农业部的审查,它或许还需要经过美国食品与药品管理局的自愿审核程序。)

成功绕过美国农业部监管的遗传修饰植物中,有几种是通过基因组编辑技术得到的,比如锌指核酸酶(ZFN)和类转录激活因子效应物核酸酶(TALEN)系统。但直到现在,对于利用科学界当前最热门新工具CRISPR-Cas9得到的遗传修饰生物,尚不清楚美国农业部是否也会颁发同样的许可证。

3   2016-04-28 10:07:10.513 土壤耐受重金属毒害关键基因被发现 (点击量:9)

土壤重金属污染是全球性的重要环境问题之一,被污染土壤中的重金属可被农作物吸收进入食物链,严重影响食品安全并危及人类健康。植物修复基因工程是解决土壤重金属污染的重要途径之一,其中,寻找和发掘耐受重金属毒害且调控重金属超量积累的关键基因并阐明其作用机理,是植物修复基因工程获得成功并从源头上控制农产品食品安全的关键。

该研究利用正向遗传学途径筛选鉴定了一个拟南芥耐镉突变体,利用生物技术克隆了相应的突变基因,发现该基因编码一个转录因子ZAT6,它可以特异性地直接结合到控制谷胱甘肽,即植物螯合素的合成前体物,合成的一个关键基因的启动子上,并协调激活谷胱甘肽依赖的植物螯合素合成途径上的相关基因表达,从而增加植株体内植物螯合素的合成,最终提高植株对镉的积累和耐受。

“因此,可利用过量表达ZAT6转基因技术增加植物对镉的积累和耐受性,为土壤重金属污染植物修复基因工程提供了新的基因资源和技术途径。”曹树青说,该基因及其在土壤镉污染修复中应用已获得自主知识产权,可在其他生物量大的植物上推广并产业化利用。

4   2016-04-28 15:21:40.337 科学家用基因剪切技术编辑DNA单个碱基 (点击量:13)

大多数遗传疾病源于单核苷酸的突变(点突变)。目前广受专注的基因编辑技术CRISPR/Cas9涉及到切割DNA的两个链条,在目标DNA序列上形成双链断裂。然而,当用于校正单个核苷酸时,标准的CRISPER/Cas9方法通常是低效的,并且在目标位置频繁随机引入插入/剪切基因组,这主要是细胞对DNA双链断裂的反应结果。

为了提高修正点突变的效率,同时减少插入/缺失的频率,美国马萨诸塞州坎布里奇哈佛大学David Liu 和同事修改了Cas9蛋白,让它不再切割DNA双链,但仍能结合到目标DNA序列。通过在Cas9上安装碱基修饰酶(APOBEC1),研究者能直接将胞嘧啶(C)转换成尿嘧啶(U),而尿嘧啶与胸腺嘧啶(T)的碱基配对方法一致。为了让编辑过的碱基对永久存在于细胞中,研究人员使用第三种蛋白操纵正常细胞修复DNA的过程,使得目标C:G碱基对转变成T:A碱基对。研究表明碱基编辑系统能高效矫正各种在小鼠和人类细胞系中存在的与人类疾病相关的点变异,并且引入插入/缺失量都极低。

5   2016-04-28 15:27:13.443 Nature发布鲑鱼基因组图谱 (点击量:6)

由来自挪威生命科学大学、华大基因研究院(BGI)、瑞典于默奥大学等二十多家机构的研究人员组成的一个国际研究小组,在一项大型项目中绘制出了鲑鱼(salmon)的全基因组图谱。

这一鲑鱼基因组图谱达到了与人类基因组一样的质量。为了能够利用现代基因技术来进一步发展鲑鱼养殖,充分了解鲑鱼的全基因组至关重要。当前具有一些最佳性状的鲑鱼不一定能够最好地适应环境改变、新型饲料及应对新疾病。以IPN病毒为例,这一疾病打击了很多的鲑鱼养殖场。导致了高达90%的受污染鲑鱼死亡,造成了巨大的经济损失。直到研究人员利用鲑鱼的基因组序列,鉴别出能够让鲑鱼抵抗IPN病毒的基因,人们才找到解决这一问题的办法。当前,养殖者可以确保抵抗IPN的病毒携带者可继续用于鱼类养殖。因此,在几年内鲑鱼中IPN病例的数量已减少了90%。

了解鲑鱼基因组还可为进化生物学提供重要的见解。8000万年前,所有鲑科鱼类的祖先复制了它的基因组。它的染色体不再是25条,而突然变为了50条。当这一祖先鲑鱼得到所有的基因的“备份拷贝”时,这意味着多余的拷贝能够突变或形成一些全新的功能。 在生成鱼类和人类的一些脊椎动物物种中也发生了相似的基因组复制。但这发生在4-5亿年前,因而使得随时间推移的进化过程证据变得不清楚,提供了各种不同的解说。8000万年是一个较短的时间跨度,这意味着研究人员能够更为确定地破译当基因组复制之时发生了什么,以及在一种生物体中复制的基因是如何改变基因支配的功能的。

6   2016-04-28 15:33:30.717 利用CRISPR/Cas9有望让猪成为病人的器官供者 (点击量:7)

尽管在农业环境中,猪比较懒散,但是在生物医学实验室培养的猪足够干净以至于很多人将欢迎---确实,应当欢迎---使用它们的组织用作拯救生命的移植物。用于移植的心脏瓣膜通常来自猪和奶牛。但是想要将整个猪器官移植到需要新的心脏、肝脏、肾脏或肺部---异种器官移植(xenotransplantation)的病人体内---并不是这么简单的事。除了受者免疫系统倾向于排斥异体组织所面临的常规挑战外,利用猪器官填补人器官供应和需求之间的巨大缺口还必需解决猪内源性逆转录病毒(porcine endogenous retrovirus, PERV)带来的问题。

在一项新的研究中,来自中国浙江大学动物科学学院、美国哈佛大学和麻省总医院的研究人员发现一种新的基因编辑技术--- CRISPR/Cas9系统---出人意料地提供帮助。它能够更加快速地、更加高效地和更加准确地进行分析、替换和改善来自DNA的有问题的基因。

Salomon写道,这种剪切猪基因组的策略似乎解决了利用猪作为移植器官来源的两个关键挑战:通过关闭PERV产生,研究人员大体上降低受者感染上这种逆转录病毒的风险,同时降低这些“异种抗原(xenoantigen)”的存在触发受者免疫系统对异体器官发起大规模免疫攻击的概率。

7   2016-05-04 10:28:03.377 基因测序新方法,不“放过”任何碱基 (点击量:5)

基因测序是实现个性化医疗和精准医学的关键技术,推动了生物医学领域的快速发展,完整的个人基因组序列为医疗诊断及医疗保健提供了重要的标志和指导方针。目前,获取高精度序列面临着成本和速度两大挑战。在过去的十几年中,测序取得了很大的进展,目前广泛使用的高通量技术依赖于对DNA四个碱基的光学检测,为了探讨可替代的检测技术,逐渐发展起DNA模板的电子测序,并应用于遗传学分析。

“纳米孔SBS方法的新颖性要从设计、合成及四种碱基不同聚合物标记的选择讲起,我们用DNA聚合酶共价连接到纳米孔和聚合物标记物的碱基上,在DNA复制过程中,带有聚合物标记的碱基通过碱基互补原则连接到待测序的链上,通过纳米孔时释放出独特的信号,就是这种独特信号帮助我们实现实时单分子测序,同时克服了纳米孔测序面临的障碍。此外,可对聚合物标记的大小、电荷和结构进行改进,从而实现最佳分辨率的SBS系统,该项目为精准医学提供了前所未有的具有成本效益的遗传诊断平台”,

据研究人员表示,目前基于SBS的测序仪所产生的数据远远超过PNAS所报道。最近已经实现了超过1000个碱基的读取长度。谈及未来,研究人员表示将继续调整连接器及在分子水平上调整聚合物标记的结构和电荷来优化该系统,希望最终能在该系统上实现准确、快速和低成本的全人类基因组测序,并用于常规的医学诊断。

8   2016-05-04 10:31:19.437 家犬基因组学研究取得进展 (点击量:7)

家犬的起源和驯化一直是一个争议不断的科学问题。2015年Shannon等人经过分析大量的家犬群体全基因组DNA芯片数据提出了家犬中亚起源的假说(Shannon LM , et al. 2015. PNAS)。中国科学院院士、中国科学院昆明动物研究所研究员张亚平研究团队发现该结论与基于全基因组重测序数据分析的家犬东亚南部起源模式(Wang GD, et al. 2016. Cell Res)相冲突。为此,研究人员对Shannon等人的工作进行了重新梳理,结果发现Shannon等人把尼泊尔和蒙古都划归到中亚,与传统的地理划分相悖;其次,该工作中并没有包含中国南方这一家犬可能起源地的群体。

通过整合已经发表的中国南方家犬群体的数据,分析结果显示中国南方的家犬群体拥有最小的连锁不平衡距离,支持中国南方而不是尼泊尔和蒙古是家犬的起源地。相关工作于近日在线发表于国际刊物PNAS,王国栋为第一作者,张亚平为通讯作者。该工作得到了牛津大学教授Greger Larson和Laurent Frantz博士的帮助。

家犬的线粒体DNA(mtDNA)在分子法医学研究中日益受到重视。2015年三个研究组分别基于线粒体DNA基因组序列构建了家犬mtDNA的单倍型类群树(Peng MS, et al. 2015. Mol Ecol Resour; Duleba A, et al. 2015. Forensic Sci Int Genet; Fregel R, et al. 2015. Mitochondrion)。由于采用了不同的参考序列和数据集,三棵单倍型类群树在世系命名上存在冲突,很可能对后续研究产生干扰。为此,张亚平研究团队和生命条形码南方中心开展了合作。研究人员对三棵单倍型类群树进行了详尽的比较分析,对存在的世系命名冲突进行了协调。通过整合新发表的线粒体DNA基因组数据,研究人员还将DomeTree中家犬和灰狼单倍型类群树进行了更新。