植物基因组编辑

基因组编辑是一项变革性技术,无论是在人类遗传学方面还是在作物改良潜力方面。快速改变重要发育性状的能力长期以来一直是作物遗传学的灵丹妙药。我们期待着CRISPR车间石榴石露天植物支持的网络,工厂方法

尽管基因组测序极大地帮助了标记辅助育种,但仍然需要许多代才能生产出具有改变性状的作物。传统的基因改造允许将单个或多个基因转化为农作物。最近的一个例子是金大米.然而,在许多农作物中,转化效率的限制以及当前的监管环境使得转基因技术的使用比通常想象的更加困难。

基因组编辑有可能通过精确定位早期感兴趣的基因来克服这些限制。此外,由于“基因编辑器”蛋白质可以从你的作物中杂交出来,它不会留下“转基因”残留物,从理论上讲,应该遵守与传统转基因不同的规定。这是BBSRC目前的观点

广义上说,基因组编辑技术依赖于精确定位特定DNA序列,然后利用核酸酶活性切断这些序列的分子机制。目标细胞的dna修复机制将“修复”这个错误,但往往做得不完美,引入突变,改变随后产生的蛋白质的活性。

图示植物基因组编辑分析的例子。
图示植物基因组编辑分析的例子。
哈吉等。植物方法2013 9:39

目前在植物中广泛应用的基因组编辑有三种类型,即锌指核酸酶(ZFN)、转录激活子样效应核酸酶(TALENs)或聚集规律间隔短回文重复序列(CRISPR)/CRISPR相关系统(CAS)。zfn是由一个DNA结合序列(锌指)连接到一个切断DNA的核酸酶结构域。

ZFNs已被用于多种生物中,但其分子结构可能不简单,因此比其他技术更难使用。

TALENs使用一种细菌系统,通过精确地结合宿主DNA序列来瞄准宿主基因的表达。当这种靶蛋白与核酸酶连接时,就可以按照特定的序列进行精确的切割。虽然这项技术已广泛应用于动物,但迄今为止还很少有应用于植物的例子。

最新和最流行的基因组编辑技术是CRISPR Cas系统。这是基于一种适应性细菌免疫反应,并依赖于单一Cas9核酸酶,其靶向由单一引导RNA(sgRNA)定义的特定序列。通过改变sgRNA改变核酸酶特异性的简易性使这成为研究人员的一个有吸引力的选择。不幸的是,该系统还包括一定量的对sgRNA和目标DNA序列之间不匹配的耐受性,因此容易产生非目标突变,这可能导致意外的表型后果。

使用此系统需要高水平的质量控制,以确保只有目标序列已被突变。然而,随着对系统知识的增加,它将提高我们保证精确瞄准的能力。CRISPR-Cas系统的另一个好处是能够针对共享20mer sgRNA序列的基因家族。理论上,这意味着单个sgRNA-Cas9转化可以针对整个基因家族。

尽管这些基因组编辑技术中的每一项都是作物改良的重要手段,但许多技术方面仍有待优化。

工厂方法因此,这是一个理想的时间工厂方法支持“植物基因组编辑”专题系列,回顾了该领域的现状,并强调了该技术的最新进展。

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