1、基因编辑技术的概念和原理基因编辑技术的概念和原理什么是基因编辑技术？基因编辑是指对基因组进行定点修饰的一项新基因编辑的研究背景传统的动物育种方法受到种源的限制，其程需要基因编辑的研究背景现代动物分子育种中，分子标记技术能够定位与基因编辑的研究背景目前，获得突变体的常见方法是利用T-D N基因编辑技术的概念和原理(共4 2 张)课件基因编辑的优势与传统的以同源重组和胚胎干细胞(e m b r y o n基因编辑原理现代基因组编辑技术的基本原理是相同的，即借助特异基因编辑原理非同源末端连接（N H E J ）是一种低保真度的修复基因编辑原理同源重组修复（H R）是一种相对高保真度的修复过基因编辑原
2、理基因编辑技术的种类目前主要有 3 种基因编辑技术，分别为：1.Z F N 基因组编辑技术Z F N 技术是第一代基因组编辑Z F N 由锌指蛋白(Z F P)和 F o k 核酸内切酶组成。其中Z F N 诱导的基因组编辑技术可应用于很多物种及基因位点，具有2.T A L E N 基因组编辑技术2 0 2 1 年，研究者在植物T A L E N s 包含两个 T A L E N 蛋白,每个 T A L E N目前，T A L E N 已经成功应用于酵母、哺乳动物和植物的位3.C R I S P R /C a s 9 基因组编辑技术1 9 8 7 年，在这个系统中，只凭借一段 R N A 便能
3、识别外来基因并将其降解C R I S P R/C a s 系统由 C a s 9 核酸内切酶与s g R N三种不同技术的比较续表基因编辑新技术的用途基因功能研究1.基因功能研究基因敲除是在活体动物上验证基因功能必不可少1.基因功能研究即使对于技术比较成熟的实验室，利用传统技1.基因功能研究Z F N 技术已在大鼠、小鼠、斑马鱼、果蝇、1.基因功能研究2 0 2 1 年，威斯康辛医学院、S a n g2.基因治疗传统的基因治疗是将正常的基因片段引入细胞中替代2.基因治疗B a c m a n 等人利用 T A L E N 技术清除了2.基因治疗L i 等人利用 Z F N 技术能在染色体上精确
4、定3.构建模式动物根据人类疾病所构建的动物模型，对研究这些疾基因编辑新技术不受 E S 细胞的限制，效率高，速度快，且定点4.改造和培育新品种传统的改造动植物品种的转基因技术是将外S h u k l a 等对玉米进行肌醇磷酸激酶 1(i n o s i t o l人工核酸酶介导的锌指核酸酶(zinc-finger nucleases，ZFN)技术；现代动物分子育种中，分子标记技术能够定位与经济性状相关的分子标记，锁定基因与性状的对应关系，从而快捷可靠地对动物后代进行筛选。其中一个 TALEN 靶向正义链上靶标位点,另一个则靶向反义链上的靶标位点.CRISPR/Cas 系统由 Cas9 核酸内切
5、酶与sgRNA构成.ZFN 技术是第一代基因组编辑技术，其功能的实现是基于具有独特的DNA序列识别的锌指蛋白发展起来的。其中一个 TALEN 靶向正义链上靶标位点,另一个则靶向反义链上的靶标位点.ZFN 诱导的基因组编辑技术可应用于很多物种及基因位点，具有较好的发展潜力。基因敲除是在活体动物上验证基因功能必不可少的逻辑环节，但是传统的基因敲除方法需要通过复杂的打靶载体构建、ES 细胞筛选、嵌合体动物模型选育等一系列步骤，成功率受到多方面因素的限制。与传统的基因打靶技术相比，基因编辑技术摆脱了对 ES 细胞的限制，可以应用于更多的物种，且定向修饰更加精确，效率更高，所需时间更短,得到的突变可以通
6、过种系遗传.CRISPR/Cas 系统由 Cas9 核酸内切酶与sgRNA构成.经过几十年的研究，在2007年终于证明这种重复序列与细菌获得性免疫的关系。基因敲除是在活体动物上验证基因功能必不可少的逻辑环节，但是传统的基因敲除方法需要通过复杂的打靶载体构建、ES 细胞筛选、嵌合体动物模型选育等一系列步骤，成功率受到多方面因素的限制。而通过定点突变的方法使目的基因完全失活，是一种最直接有效的研究特定基因功能的方法。它可设计性更强，不受上下游序列影响，具备比ZFN 更广阔的应用潜力。而通过定点突变的方法使目的基因完全失活，是一种最直接有效的研究特定基因功能的方法。它可设计性更强，不受上下游序列影响
7、，具备比ZFN 更广阔的应用潜力。1986年Diakun 等首先在真核生物转录因子家族的 DNA 结合区域发现了Cys2-His2锌指模块，到1996年，Kim等首次人工连接了锌指蛋白与核酸内切酶。人工核酸酶介导的锌指核酸酶(z i n c-f i n g e r n u c基因编辑技术的展望随着越来越多物种基因组测序的完成，基因功能基因编辑技术的展望与传统的基因打靶技术相比，基因编辑技术摆脱基因编辑技术的概念和原理(共4 2 张)课件构建转基因小鼠第一人 Jaenisch 与其同事最近利用 CRISPR-Cas 系统又构建了携带特异性突变的小鼠模型。基因敲除是在活体动物上验证基因功能必不可少
8、的逻辑环节，但是传统的基因敲除方法需要通过复杂的打靶载体构建、ES 细胞筛选、嵌合体动物模型选育等一系列步骤，成功率受到多方面因素的限制。1987年，Ishino 等在K12大肠杆菌的碱性磷酸酶基因附近发现串联间隔重复序列，随后发现这种间隔重复序列广泛存在于细菌和古细菌的基因组中。所以，利用基因工程技术进行品种改良，可以突破种源的限制及种间杂交的瓶颈，获取新品种，因此分子育种更为本质和直接。基因编辑技术既可以用正常基因替代突变基因进行性状改良和基因治疗，也可以用突变基因代替正常基因进行基因功能的研究。Bacman 等人利用 TALEN 技术清除了来自于病人线粒体内的有病 DNA。现代基因组编辑
9、技术的基本原理是相同的，即借助特异性 DNA 双链断裂(DNA double-strand breaks DSBs)激活细胞天然的修复机制，包括非同源末端连接(NHEJ)和同源重组修复(HDR)两条途径。转录激活因子样效应物核酸酶(transcription activator-like effector nucleases，TALEN)技术；CRISPR/Cas 系统由 Cas9 核酸内切酶与sgRNA构成.2021 年，威斯康辛医学院、Sangamo Biosciences、Sigma-Aldrich 等多家机构使用 ZFN 技术，成功培育出首只靶基因敲除的大鼠，而且带有该突变的大鼠所生育的后代同样带有该基因突变。人工核酸酶介导的锌指核酸酶(zinc-finger nucleases，ZFN)技术；其中一个 TALEN 靶向正义链上靶标位点,另一个则靶向反义链上的靶标位点.Bacman 等人利用 TALEN 技术清除了来自于病人线粒体内的有病 DNA。而通过定点突变的方法使目的基因完全失活，是一种最直接有效的研究特定基因功能的方法。实验结果表明,TALENs在靶向DNA时,第一个碱基为 T 时其结合效果更佳。构建转基因小鼠第一人 J a e n i s c h 与其同事最近利用 C谢谢大家！
