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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（1994）

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7 基因组修饰系统去甲基化和甲基化的工作原理
(A) DNA去甲基化修饰, dCas9-SunTag系统招募人脱甲基酶TET1cd (棕色), 在目的基因的启动子区使DNA去甲基化, Me表示甲基化; (B) DNA甲基化修饰, dCas9-SunTag系统招募烟草DRM甲基转移酶催化结构域NtDRMcd (绿色), 在目的基因启动子区使DNA甲基化。PAM: 原间隔序列邻近基序

正文中引用本图/表的段落

植物表观遗传修饰是指在不改变基因组序列的情况下, 借助各类修饰酶对基因序列进行DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA作用等可逆修饰, 从而影响基因的转录表达, 调控植株的生长过程, 并导致植株产生可遗传的表型变化。由于CRISPR/dCas9系统既不会切割序列, 也不会在宿主基因组上引入任何突变, 借助该系统, 将dCas9蛋白与各修饰酶融合, 通过对目的基因进行表观遗传修饰, 直接调控该基因的表达, 进而引入植物理想表型。目前, 基于CRISPR/ dCas9系统已开发出多种表观基因组修饰器, 为人工调控染色质结构及解析染色质状态对基因表达与植株表型之间的关联提供了便利工具。例如, Gallego- bartolomé等(2018)基于dCas9-SunTag系统招募人脱甲基酶TET1cd, 成功靶向拟南芥基因FWA的启动子, 实现了该位点的DNA去甲基化(图7A), 进而激活FWA转录表达。同样基于dCas9-SunTag系统开发的dCas9-SunTag-NtDRMcd (烟草DRM甲基转移酶催化结构域), 能有效介导AtFWA启动子的DNA瞬时甲基化(图7B), 从而抑制基因的表达(Papikian et al., 2019)。

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