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基因编辑综述
来源:iPlants 发布时间:2018-10-23

中国科学院上海生命科学研究院植物逆境生物学研究中心研究人员在国际著名植物综述学术期刊Critical Reviews in Plant Sciences上发表了题为“Genome Editing—Principles and Applications for Functional Genomics Research andCrop Improvement”的综述论文。该文介绍了基因编辑技术的原理、全面总结了基因编辑技术在植物基因功能研究及作物遗传改良中的应用进展,并对植物基因编辑的未来研究方向等问题进行了探讨。

基因组编辑技术(genome editing)是植物基因功能研究和进行作物改良的有力工具,其主要依赖人工内切核酸酶(SSNs)在目标基因组位置产生双链断裂(DSBs),DSBs可以通过非同源末端连接(NHEJ)和同源重组(HDR)进行修复。通过NHEJ的修复容易发生错误,使断裂位置产生小片段的缺失或插入,从而导致基因突变;在有供体DNA存在的情况下,有可能通过HDR进行断裂位置的修复,产生精准的基因插入或替换(Figure 1)。

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Figure 1. 基于SSN的基因组编辑的理论和实践应用

目前在植物中应用的主要的基因编辑技术包括ZFNs, TALENs,CRISPR/Cas9和CRISPR/Cpf1。本文综述了这四种基因编辑技术的原理(Figure 2),并从靶位点选择的范围、组装的难易、多位点编辑的可行性及特异性等方面对这几种技术进行了比较(Table 1)。

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Figure 2. 基因编辑系统的示意模型

进一步该文综述了基因编辑技术在植物基因功能研究中的应用进展,包括用于单基因突变、多基因突变、大片段缺失、多倍体物种基因突变、精准替换或插入、碱基编辑及转录调控等。

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Table1.四种类型的基因组编辑工具的比较

该文全面总结了目前基因编辑技术在作物育种中的应用进展,包括用于提高作物产量、提高抗病性、产生抗除草剂的作物及产生更健康的作物等(Table 2)。

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Table 2. 成功实施作物改良基因组编辑的例子

最后该文讨论了基因编辑技术目前面临的问题(民众的认同度等)及在未来的研究方向(提高同源重组的效率等)等。

中国科学院上海生命科学研究院植物逆境生物学研究中心张辉副研究员为该文第一作者,朱健康研究员为该文通讯作者。该工作得到了中科院经费的支持。

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