CRISPR/Cas9是一项热门的基因编辑技术,广泛应用于生命科学研究领域。文章尝试将该技术设计成适合本科教学的实验内容,即"CRISPR/Cas9敲除细胞线粒体MFN1基因的荧光观察实验",并可根据教学需要作为开放实验或基础实验开设。该实验将CRISPR/Cas9基因编辑技术与荧光标记技术相结合,直观、便捷地呈现基因编辑效果,有助于学生掌握科技前沿技术,提高科研工作兴趣,培养创新思维和科研综合素质。

综合制药工程专业实践教学要求和学科前沿方向,设计了"基于酵母杂交的CRISPR/Cas9基因编辑"实验。该实验先采用基因重组技术,分别构建CRISPR/Cas9基因编辑载体,以及重组酵母yPH1和y PH6-8,再利用酵母杂交平台研究CRISPR/Cas9基因编辑载体的靶向性和脱靶机率。该实验内容包括微生物培养、微生物生长曲线绘制、基因重组技术、基因表达和CRISPR/Cas9基因编辑技术,以及学习Origin作图软件和荧光成像技术。该实验具有综合性、设计性和研究性特点,同时具有材料成本低、过程简化和结果明显的优势,不仅方便学生学习基因编辑原理,掌握基因编辑核心技术,了解脱靶效应的普通性,而且有利于培养学生的创造性思维,提高分析、解决问题的能力。

CRISPR/Cas9系统作为新一代基因组编辑技术,一经问世就受到广泛关注。CRISPR/Cas9系统具有对特定基因位点进行精确修饰(包括敲除、插入、替换等)的强大功能,同时具有操作简单、效率高、适应性广等技术优势,目前已在微生物、植物、动物以及人类基因治疗等整个生命科学领域得到应用。本文简要介绍了CRISPR/Cas9技术的发展历程、作用机理、技术优势、功能及应用领域,总结该技术在植物领域的基因组定向编辑中的研究进展。并提出了这项技术在草类植物基因功能分析、基因代谢调控途径与遗传改良等方面的应用前景,为

文章以CRISPR/Cas9基因编辑技术为基础，设计了面向非生物专业学生的“利用基因编辑技术建立靶基因敲除细胞系”实验课程。实验包括验证性和探索性内容，整合了生物信息学、分子生物学、细胞生物学、基因工程等多学科知识点，有利于加强学生对相关生命科学知识的理解，有利于提高学生综合实验设计能力和培养创新精神。

概括了CRISPR/Cas9系统的结构及作用原理,分析了该系统的不足,重点阐述了该技术在林木基因组编辑中的应用,并对CRISPR/Cas9系统的未来研究趋势进行了展望。

ＣＲＩＳＰＲ／ＣａＳ９系统是近年发展起来的、由导向ＲＮａ介导的基因组定向编辑技术。总结了ＣＲＩＳＰＲ／ＣａＳ９基因组定向编辑技术的发展历程，并综述了其在作物遗传育种研究中的多方面应用。ＣＲＩＳＰＲ／ＣａＳ系统是存在于大多数细菌与所有古生菌中的一种后天免疫系统，以消灭外来质体或者噬菌体。根据ＣａＳ蛋白组分及氨基酸序列不同，已发现的ＣＲＩＳＰＲ／ＣａＳ系统可以分为３种不同类型，Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。其中，Ⅱ型是以ＣａＳ９蛋白及导向ＲＮａ为核心组份，组成较为简单，是目前经过改造用于开发基因组定向编辑技术的主要类型。自ＣＲＩＳＰＲ／ＣａＳ９技术体系首先在人类与动物细胞系中建立后，经过改造的ＣＲＩＳＰＲ／Ｃ．．．

油菜是世界第二大油料作物，同时也是我国最主要的食用植物油来源。长期以来，油菜育种工作者尝试通过传统育种策略培育良种。然而，甘蓝型油菜是种间杂交后双二倍进化而来的异源四倍体物种，其基因组中存在较多基因冗余现象。因此，通过人工杂交选择、随机诱变等传统遗传方法改良性状效率非常低。近年来，CRISPR/Cas9技术以其高效、简便的独特优势，已广泛应用于多倍体油菜的基因功能研究和定向遗传改良。为了能够快速高效地对甘蓝型油菜进行种质资源创新和遗传改良，将CRISPR/Cas9基因编辑技术应用于甘蓝型油菜恰逢其时。本文综述了目前CRISPR/Cas9系统应用于油菜基因功能研究和遗传改良的研究进展，涉及油菜产量、含油量和脂肪酸组成、生物和非生物胁迫耐受性等重要农艺性状，并探讨了油菜基因编辑存在的局限性以及未来发展的方向。

将CRISPR/Cas9系统与毛根转化相结合,在豆科植物百脉根和大豆中对结瘤因子受体激酶基因NFR1进行多靶点敲除,旨在快速、便捷获得目的基因突变体。结果表明:在百脉根和大豆中均获得了目的基因敲除的突变体;其中,百脉根LjNFR1基因中靶位点1处的敲除效率为58.3%,在靶位点2处的敲除效率为0;大豆GmNFR1靶位点1处的敲除效率为33.3%,靶位点2处的敲除效率为41.7%。进一步测序分析发现,CRISPR/Cas9系统可同时敲除大豆基因组上编码NFR1的2个同源基因(GmNFR1和GmNFR1b),

【目的】在植物转基因研究中,使用选择标记基因(Selectable Marker Gene, SMG)使得转化子的筛选更准确便利,但存在SMG的转基因植株可能对人类健康及生态环境造成潜在危害,这也限制了转基因植物商业化的应用前景。因此去除转基因植物中的SMG十分必要。【方法】本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,针对水稻转基因中常用的SMG潮霉素抗性基因(hygromycin phosphotransferase II,hptII)设计构建了编辑载体,利用农杆菌(LBA4404)介导的遗传转化方法转化水稻日本晴,得到转化植株,再将转化植株与带有hptII基因的植株进行杂交。【结果】通过遗传转化及分子鉴定,本研究得到了18株可用于编辑hptII基因的转化植株,进一步对转化植株与带有hptII基因的植株杂交的F_1代进行检测,经PCR检测及测序验证表明,在杂交F_1代植株中,hptII基因的DNA确有编辑发生,包括碱基缺失、替换以及插入等,使得hptII基因不能成功转录。【结论】利用CRISPR/Cas9技术,成功获得了删除hptII基因的转基因水稻。这为植物转基因研究实现无选择标记基因(marker-free)奠定了基础。

实时定量PCR技术是生命科学研究领域中的常用实验技术,为将其引入本科实验教学,课程组设计了"实时定量PCR分析不同浓度IPTG对启动子活性的调节作用"这一综合性实验内容。实验将RNA提取、反转录PCR、SYBR GreenⅠ染料法实时定量PCR和绝对定量分析串联起来,以获得启动子利用效率的变化情况,使学生通过实验教学能够深入、全面、系统地理解和掌握实时定量PCR技术,提高学生的综合能力和科研素养。

【目的】OsIAA11参与的生长素信号途径在水稻生长发育阶段和环境因子响应中起重要作用,并影响水稻生育后期的产量形成过程。利用CRISPR/Cas9编辑技术对粳稻中花11(ZH11)的OsIAA11序列进行编辑,获得OsIAA11突变植株,通过对突变植株的农艺性状指标开展田间调查分析,以期探索OsIAA11突变对水稻产量构成因子的影响。【方法】依据CRISPR/Cas9编辑原理,在OsIAA11第1和第2外显子区域设计2个20 bp的编辑靶点,并在水稻基因组数据库中比对分析靶点序列,排除非特异性编辑,将2个靶点核苷酸片段分别与pYLgRNA-U6a和pYLgRNA-U6b载体连接,通过2次PCR扩增,得到含特异性连接接头的U6a-IAA11-T1和U6b-IAA11-T2表达盒,再将2个表达盒连接到pYLCRISPR/Cas9-MT载体上,获得pYLCRISPR/Cas9-IAA11-T12重组表达载体,利用农杆菌介导法转化ZH11愈伤组织,再生培养得到T0代转基因幼苗,通过PCR扩增潮霉素抗性基因获得阳性株系。对T2代植株的靶点区域序列进行PCR扩增和测序分析,鉴定OsIAA11突变类型,并考察突变植株的田间农艺性状。【结果】pYLCRISPR/Cas9-IAA11-T12表达载体成功转化ZH11水稻愈伤组织,并获得25株转基因再生植株,经潮霉素鉴定得到20株阳性株系,从阳性植株的T2后代中鉴定出17种在2个靶点区域都发生编辑的纯合突变类型植株,除osiaa11-20-1、osiaa11-21-2、osiaa11-23和osiaa11-25在第1个靶点、以及osiaa11-22-2在第2个靶点是单碱基插入突变外,其他突变植株在第1个靶点为小片段缺失突变,在第2个靶点多为单碱基缺失突变。对17种不同基因型osiaa11突变体的农艺性状调查表明,与野生型水稻相比,突变体水稻的株高、有效穗数、穗长、穗粒数、结实率、千粒重、收获指数以及谷草比等性状未发生明显变化,而分蘖成穗率则显著降低,表明无效分蘖增多。【结论】采用CRISPR/Cas9技术对OsIAA11序列进行编辑,得到17种不同基因型的osiaa11突变体水稻,其分蘖成穗率显著降低,无效分蘖变多,表明OsIAA11参与了生长素对分蘖芽发生的调节代谢。

为证实基于慢病毒的CRISPR/Cas9基因编辑技术可用于鸡基因组编辑,以鸡的mavs基因为靶基因,通过设计sgRNA,构建表达靶向mavs基因sgRNA的重组慢病毒,并将其感染DF1-Cas9细胞,通过T7E1酶切试验以及mavs基因的靶向序列测定,分析该方法是否可以用于鸡细胞的基因编辑。扩增sgRNA靶向序列1 220 bp片段,经T7E1酶切琼脂糖凝胶分析可见约300 bp和900 bp大小的条带,表明感染sgRNA慢病毒的细胞mavs产生了突变。序列测定结果表明sgRNA靶向序列发生了多个碱基缺失的突变。以上结果表明基于慢病毒系统的CRISPR/Cas9技术可对鸡基因组进行编辑。

CRISPR/Cas9系统可对植物的内源基因进行有效定点编辑,为作物的遗传育种提供了新的方向。以感病水稻品种丽江为材料,抗病基因OsCOL9为靶基因,探索该系统对水稻内源基因定点编辑效率以及获得有研究意义的突变体。OsCOL9基因CDS序列全长1 266 bp,编码一个422 aa蛋白,分子量大小约为45.6 k Da,蛋白质结构的N端含有B-box结构域,C端含有CCT(CONSTANS、CONSTANS-Like、TOC1)结构域。设计4个长20 nt的guide RNAs(gRNAs)靶点,靶向编辑

结合实验教学中实际经验和课程需求,利用学科优势,依托前沿科研成果,设计并建设了拟南芥CRISPR/Cas9基因编辑虚拟仿真实验系统,将虚拟仿真技术应用于遗传学实验教学。通过该实验系统,学生不仅可以自主学习并掌握基因编辑的相关理论知识和全过程实验操作,有效激发学习兴趣,还可以通过反复练习并配合实体实验教学,切实提高实践能力。该实验开拓了遗传学虚拟仿真实验新资源和实验教学新途径。

为研究水稻生长素响应因子OsARF12在水稻生长发育中的作用,通过CRISPR/Cas9基因编辑技术,设计OsARF12 2个不同外显子突变靶点,化学合成包括突变靶点的特异性序列,并与中间载体sgRNA连接进而与Cas9终载体重组获得OsARF12 2个不同突变靶点的表达载体。选取测序成功的单一克隆,利用农杆菌介导法导入粳稻品种日本晴,获得转基因植株,并结合测序结果分析突变单株的突变类型,T_1突变体KO-ARF12-1有3种纯合突变、2种双等位突变,共5种突变类型;KO-ARF12-2有6种纯合突变、4种双等位突变和1种杂合突变,共11种突变类型。挑选突变类型为缺失1 nt、缺失4 nt、缺失7 nt和缺失2 nt插入1 nt、缺失5 nt的株系作为研究对象,荧光定量PCR鉴定结果表明,OsARF12在突变体中的表达量较野生型极显著下降(P