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基于CRISPR/Cas9的基因编辑技术研究进展及其在植物中的应用

何晓玲, 刘鹏程, 马伯军, 陈析丰

植物学报 2022, 57 (4): 508-531. DOI: 10.11983/CBB22020

摘要（1993）

HTML （124）

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CRISPR/Cas9技术是利用RNA靶向引导Cas9核酸酶对基因组中的目标基因进行编辑的生物技术。近年来, 该技术的多种新型基因编辑器更新迅猛, 编辑效果愈加精细和高效, 在作物定向分子设计育种中展现出巨大的应用前景。该文对CRISPR/Cas9及其相关编辑器的技术原理、编辑效果和应用情况进行综述, 并探讨了该技术在应用中面临的问题、应对措施和发展前景, 旨在为相关领域的科研工作者提供参考。

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图3 多重编辑系统(SWISS)的工作原理
(A), (B) SWISS系统使用不同的scRNAs (MS2和boxB), 招募融合了相应蛋白(MCP和N22p)的rAPOBEC1或ecTadA:ecTadA^*, 实现同时在不同位点的胞嘧啶碱基编辑(CBE)和腺嘌呤碱基编辑(ABE); (C) 使用1对sgRNA在第3个靶点产生DNA双链断裂(DSB), 诱导细胞进行同源定向修复(HDR), 产生随机突变。PAM: 原间隔序列邻近基序; UGI: 尿嘧啶糖基化酶抑制剂

正文中引用本图/表的段落

基于以上碱基编辑器, 通过设计多个靶向sgRNA并构建到同一个载体上表达, 可对多个基因进行同一类型的编辑(Oliva et al., 2019)。不仅如此, Li等(2020b)基于nCas9D10A蛋白还开发了一种由单系统产生的多重编辑器SWISS, 能对多个基因进行不同类型的编辑。首先, 他们设计2段特殊的RNA发夹结构序列(MS2和boxB), 能各自特异性结合相应的蛋白(MCP和N22p), 并将这2段RNA序列分别整合到sgRNA的3'末端, 得到esgRNA-2×MS2和esgRNA-2×boxB两类不同的scRNA (scaffold RNA), 可分别招募融合了相应结合蛋白的胞嘧啶脱氨酶或腺嘌呤脱氨酶, 从而实现同时在不同基因靶位点上进行CBE和ABE编辑。此外, 他们又利用另一对sgRNA, 引导nCas9D10A蛋白在第3个基因靶点处产生DSB诱导细胞进行HDR修复, 产生随机突变。从而同时实现C>T、A>G以及Knock out三种基因编辑功能(图3A-C), 其在水稻中产生3种编辑的效率可达7.3%。

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