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Crispr-Cas9:一个方便的工具,但并不是在所有植物物种的基因编辑工具箱

*通信:

Gurel E生物学系,Abant波洛Baysal大学14280 Bolu,土耳其,电话:+ 90 374 254 12 20;电子邮件:gurel_e@ibu.edu.tr

介绍

基因修改/工程、生物操纵的工具基因组使用生物技术,可以追溯到上个世纪。其合成生物被称为转基因生物(GMO)的重组核酸(DNA或RNA)技术。然而,在基因组编辑的新开发的细分基因组工程、分子剪刀(工程核酸酶)是用于插入、删除或替换目标DNA,例如锌指核酸酶(ZFNs)转录activator-like效应核酸酶(取得),定期和集群空间短回文重复/ Cas9 (CRISPR-Cas9)。双链断裂(双边带)创建活动在目标序列的核酸酶,将通过同源重组修复(人力资源)或没有同源结束加入(NHEJ)。

CRISPRs和CRISPR-associated的函数(Cas)蛋白在原核生物防御机制被发现在2000年代(1,2]。大约十年后,它的基因组修改可能实现(3),在许多类群和日益采用工程。CRISPR / Cas9背后的原因患病率在过去的几年里包括易于使用,更多功能,更便宜、更快和更精确的与其他提到的方法。例如,CRISPR-Cas9可以命令花费约100倍比锌指的便宜。CRISPR / Cas9目标特异性的方式削减只有特定的目标DNA序列。中科院蛋白质用CRISPR定位器是给定的刀具位置。它的设计也不是那么复杂ZFNs和取得。

最根本的问题,然而,在成功交付的可能性CRISPR-Cas9成许多生物组织模型生物,如小鼠、果蝇和拟南芥。的进步提高农业不是很有前途,因此它要求更多试图跟上最紧迫的问题,人口过剩的世界(4]。迎接挑战的农业、植物生物学家认为仍然躺在工厂的技术问题基因组修改的运载系统基因组编辑进入植物细胞,然后可能面临更多的困难在整个植物转化细胞再生。

许多植物物种已经组织培养在体外。他们中的大多数,技术不是有效或改变植物再生是非常困难的。尽管几乎所有基因编辑方法可以应用在植物物种,主要的瓶颈是转基因交付到植物细胞,然后转化株的再生5]。这个困难比较明显,当一个人试图变换不同的基因型,他们的反应明显相同的方法可能不同。努力可以更无聊如果基因型很容易再生,但不能随时转换,反之亦然。

Genotype-independent转换和再生仍然是一个目标。一些数量的物种适合花卉倾斜变换(6],它避开了繁琐的组织培养方法。对许多植物是由交付方法农杆菌属或其他细菌。然而,这种技术是物种——或者genotype-dependent。植物转基因技术的另一个选择基因组编辑即peg法,可以申请更多的植物物种,但仍遭受同样的问题源于组织培养技术。此外,农杆菌属使研究人员能够生成单副本插入多拷贝插入相比,当使用即peg的方法。另一方面,通过使用即peg方法清洁基因技术可以预期7),而农杆菌属整合其向量骨干到宿主基因组序列。

即使上述问题(即交付和再生技术)是解决,一个新的化合物,它是相对较大的Cas编码序列的大小。通常,一个质粒农杆菌属航天飞机ca蛋白及其指导RNA (sgRNA)基因导入植物细胞,这意味着基因引入植物细胞通常是整合到宿主基因组。蛋白质研究人员最近采用另一种方法,直接交付,使他们能够解决大尺寸问题,与此同时,他们将由目前的转基因生物条例清除障碍。

最近,蛋白质直接交付,而不是DNA,进工厂细胞即peg法允许修改的瞬态存在的蛋白质基因组在玉米(玉米)[8]。同样,Cas9酶和sgRNA首先聚集在植物组织,然后是复杂的,没有相应的基因,引入。这个方法似乎优于清洁基因传递技术,因为除了其提高效率,由于transgene-free交付的复杂进入植物细胞,转基因生物安全规定可以被删除。

中的一种mini-Cas9金黄色葡萄球菌传统Cas9s小于25%,用于基因治疗的小鼠。使用mini-Cas9预计在植物基因组编辑。诱导基因定点基因修饰植物没有脱靶效应是研究者关注的地区之一(9]。

基因组编辑方法一直在不断改变和提高。其他方法论的方法之一是寻找新的酶除了Cas9各微生物具有不同的属性。其中一个叫做Cpf1,与不同的序列要求较小。它能有效地粘住目标DNA序列立即紧随其后的是一个简短的5′T-rich protospacer相邻主题(PAM),而一个G-rich PAM Cas9系统遵循的目标。此外,目标DNA裂解为5-nt交错将远端T-rich PAM (10]。另一个叫LshC2c2从纤毛菌属shahii是专业针对单链RNA,而其他的目标DNA (11]。LshC2c2应用在植物科学可能帮助研究人员在理解和操纵植物转录组和抵消的毒性病毒在RNA基因组。

总之,在不断增长的人口正在寻求更多更好的食物和饲料。取得进步在植物改善似乎并不足够。新发现的技术可以用来推进农产品满足消费者需求并说服监管机构。CRISPR / Cas9辅助基因组编辑技术已经出现非常有前途。基于CRISPR / ca系统,许多不同的方法和方法一直测试到目前为止(12]。它展示了一个美妙的和快速的进化日期确定在细菌的免疫系统提供无转基因(CRISPR / Cas)集成到主机基因组(13]。此外,CRISPR-edited作物可能会绕过美国农业部监管(14];和令人惊讶的是,转基因免费蘑菇曾被美国农业部规定(15]。尽管转基因技术所取得的进展,植物组织培养仍然是非常有效和可靠的技术模型植物。然而,对于许多其他主要农作物这种技术相对适用的只有几个基因型,这并不总是具有商业性的。因此,植物组织培养滞后于转基因技术技术,仍然需要进行许多实验,以保持对安全食品的需求。CRISPR / Cas黎明承诺一个阳光明媚的中午,如果组织文化云让它发光。

引用

1. Mojica FJ, Diez-Villasenor C, E的索里亚,et al。生物学意义家庭定期的间隔重复古生菌的基因组,细菌和线粒体。分子微生物学。2000;36 (1):244 - 46。
2. Jansen R,大白鹅JD, Gaastra W,等。基因的识别与原核生物的DNA重复。分子微生物学。2002年,43 (6):1565 - 75。
3. 加纳我,Dupuis M,尹浩然,Villion。CRISPR / Cas细菌免疫系统劈开噬菌体和质粒DNA。自然。2010;468 (7320):67 - 71。
4. Ludewig F, Sonnewald美国粮食需求作为植物沉开发驱动程序。植物生理学杂志。2016;203:110-15。
5. Altpeter F,施普林格NM,巴图勒,et al。推进农作物转型的时代基因组编辑。植物细胞。2016;28 (7):1510 - 20。
6. 陆C,康j .代转基因植物的一个潜在的油料作物亚麻荠漂白亚麻纤维卷通过农杆菌属,介导的转换。植物细胞众议员2008;27:273。
7. Breitler JC, Labeyrie梅纳德D, et al。高效microprojectile bombardment-mediated转换的大米使用基因磁带。理论和应用遗传学。2002;104(4):709 - 19所示。
8. Martin-Ortigosa年代,彼得森DJ, Valenstein JS, et al。介孔二氧化硅nanoparticle-mediated胞内蛋白质Cre交付玉米基因组编辑通过lox-P网站切除。植物生理学。2014年,164(2):537 - 47岁。
9. 渡边Osakabe Y, T, Sugano党卫军,et al .优化CRISPR / Cas9基因组编辑修改非生物压力在植物的反应。科学报告。2016;6:26685。
10. Zetsche B Gootenberg JS Abudayyeh OO, et al . Cpf1是单个RNA-guided类的酶2 CRISPR-Cas系统。细胞。2015;163 (3):759 - 71。
11. Abudayyeh OO, Gootenberg JS Konermann年代,et al . C2c2是一种单组分可编程RNA-guided RNA-targeting CRISPR效应。科学。2016;353 (6299):aaf5573。
12. 丁Y,李H,陈会,et al .最新进展基因组编辑使用CRISPR / Cas9。在植物科学前沿。2016;7:703。
13. mojica fj, montoliu l .起源crispr-cas技术:从原核生物到哺乳动物。微生物学的趋势。2016;24 (10):811 - 820。
14. 华尔兹大肠CRISPR-edited作物自由进入市场,跳过监管。自然生物技术。2016;34 (6):582。
15. 美国农业部动植物健康检验服务(APHIS)。2016年4月13日。