Science发布CRISPR技术新应用

上海信裕生物科技有限公司

2016/05/06 15:05

由加州大学洛杉矶分校的Leonid Kruglyak领导的一个研究小组开发出了一项新技术，利用基因编辑系统CRISPR来快速鉴别基因变异。研究结果有可能显著推动绘制基因及确定它们功能的研究工作。相关论文发布在5月5日的《科学》（Science）杂志上。

发现作为性状变异基础的DNA序列差异是现代遗传学研究的一个中心目标。当前联系基因型与表型的主要工具是连锁与关联研究。尽管连锁与关联研究已绘制出了促成表型变异的成千上万的基因组区域，要缩窄这些区域至潜在致病基因及变异则极具挑战性。

传统上，发现基因变异一直局限于在低分辨率的自然发生减数分裂重组率下开展研究工作，在减数分裂重组时细胞经过两次分裂生成生殖细胞，遗传物质被“重新洗牌”。通常，由于减数分裂重组率过低而无法解析单个基因的绘图区域，更不要说基因内的特异变异。

影响体细胞的有丝分裂重组可以让我们更详细地了解基因功能和变异，因为它有时候会导致形成具有一套基因（而非两套基因）的重组染色体。这会使得一些基因丧失它们的功能，提供它们所起关键作用的一些重要见解。然而，有丝分裂重组是一种稀有事件。

在这篇Science文章中Kruglyak和合著作者们指出，数十年来尽管绘图研究已揭示出许多性状的基因位点，但鉴别潜在基因和变异却一直滞后。他们开发出了一种新型的CRISPR辅助的绘图方法，有望消除这一缺口。他们的方法利用了CRISPR来生成密集覆盖任意大小目的区域的定向重组事件。

研究人员首先生成了CRISPR引导的、跨越一条酵母染色体臂的杂合性丢失（LOH）事件，利用生成的酵母菌株来绘制性状变异。他们随后让一个QTL间区充满重组事件快速鉴别出了在实验室酿酒酵母菌株中对锰（manganese）敏感性负责的一个因果关系的多态性。

研究人员通过CRISPR辅助直接操控抗性等位基因进入到一个敏感的酵母菌株中证实了这一多态性的因果作用。相比以往的策略，新方法生成了更高密度的重组事件，很容易可以靶向基因组的任何区域，其不需要额外费时地生成杂交系统来提高重组频率。

近期一些研究小组在CRISPR技术应用方面也取得了引人瞩目的突破性成果。2015年7月一个韩国科学小组利用CRISPR RNA引导的工程核酸酶（RGENs）修复了两个频发的大的染色体倒位——它们导致了近一半的重症血友病A病例。这是第一次证实可以用RGENs或其他的可编程核酸酶在患者iPSCs中纠正染色体倒位和其他大型的染色体重排。

在2015年3月《PNAS》发表的一项研究中，来自美国麻省大学医学院和中佛罗里达大学的研究人员，利用来自三种细菌直系同源物的催化失活Cas核酸内切酶（dCas9），设计了一种基于CRISPR的多色荧光标记系统，可特定而有区别地同时标记不同对的染色体位点。每对dCas9-荧光蛋白和同源单导向RNAs（sgRNAs），可有效地标记人活细胞内的几个靶位点。从而可让我们评估活细胞中位点之间的距离。

2015年2月，德国马克斯普朗克分子遗传学研究所的研究人员在《Cell Reports》发表一项研究成果，他们创新性地使用CRISPR/Cas技术，在小鼠中快速而有效地产生基因组结构变异（SVs）。

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