谢卡斌

华中农业大学植物科学技术学院 教授

谢卡斌教授是国际上较早一批开展基因组编辑研究的青年科学家,他的研究中巧妙运用了tRNA成熟过程中的自我剪切机制,将CRISPR-cas系统中的guideRNA与tRNA串联,达到精确的多基因同时编辑的效果。

生物360精选了谢卡斌教授在2015-2016年发表的3篇文章,翻译摘要以供读者更好的了解其工作成果。由于个人翻译水平有限,如有错误感谢您的指正。

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Bastian Minkenberg, Kabin Xie, Yinong Yang. Discovery of rice essential genes by characterizing CRISPR-edited mutation of closely related rice MAP kinase genes. Plant Journal, 2016, DOI: 10.1111/tpj.13399.(注:开源paper可下载)

通过表征CRISPR编辑的水稻MAP激酶紧密相关的基因突变,发现水稻必需基因

摘要:
CRISPR/Cas9系统依赖于gRNA来指定其靶标。通过有效地共表达靶向不同基因组位点的多种gRNA,多顺反子tRNA-gRNA基因(PTG)方法能够在密切相关的水稻丝裂原活化蛋白激酶(MPK)基因家族中进行多重基因编辑。在这项研究中,我们通过在CRISPR编辑突变体中保护MPK功能等位基因和正常表型的发现,确定MPK1和MPK6(分别是拟南芥AtMPK6和AtMPK4直系同源物)是水稻发育的必要基因。MPK1的真正敲除突变体出现严重矮化和不育,来自杂合亲本的纯合mpk1种子在胚发育中有缺陷。与之相反的是,杂合的mpk6突变植物完全不能产生纯合的mpk6种子。另外,某些特定MPK特征的功能重要性可以通过表征MPIS6的保守激酶结构域中的CRISPR诱导的等位基因变异来评估。通过同时靶向密切相关的MPK基因中的两个到八个基因组站点,我们发现双等位基因突变频率在45至86%,并且成功产生了单、双和四重基因突变体。片段插入和片段缺失均稳定遗传到下一代,并且通过遗传分离容易获得水稻MPK基因的无转基因突变体,从而消除了转基因插入的任何位置效应。总之,我们的研究揭示了MPK1和MPK6在水稻发育过程

2

Yuduan Ding, Hong Li, Ling-Ling Chen (#) and Kabin Xie (#). Recent advances in genome editing using CRISPR/Cas9. Front. Plant Sci. 2016, 7:703.(注:开源paper可下载)

使用CRISPR / Cas9编辑基因组的最新进展

摘要:
CRISPR(聚簇定期间隔短回文重复)-Cas9(CRISPR相关核酸酶9)系统是基因组工程的通用工具,其使用gRNA将Cas9靶向特定序列。这种简单的RNA引导基因组编辑技术已经成为生物学中的革命性工具,并在不同领域有许多创新的应用。在本综述中,我们简要介绍Cas9介导的基因组编辑方法,总结CRISPR / Cas9技术的最新进展,并讨论它们对植物研究的影响。到目前为止,Cas9 / gRNA系统已经在许多植物物种中完成了靶向基因敲除,并且通过优化它和gRNA的表达,改善了Cas9的靶向效率和编辑能力。CRISPR / Cas9系统还可用于靶基因的序列特异性诱变/整合和转录控制。此文还讨论了脱靶效应和前间区序列邻近基序(PAM)对CRISPR / Cas9基因组工程的限制。为了解决这些问题,一些生物信息学工具可用于帮助设计特定的gRNA,并可以设计新的Cas9变体、高保真同源序列和供选择的PAM特异性。随着这些努力,CRISPR / Cas9系统正在成为基因组工程的革命性工具。在植物研究中采用CRISPR / Cas9技术将能够以前所未有的深度探索植物生物学,并在精确作物育种中创造创新应用。

3

Kabin Xie, Bastian Minkenberg and Yinong Yang. Boosting CRISPR/Cas9 multiplex editing capability with the endogenous tRNA-processing system. PNAS. 2015, 112(11): 3570-3575. (注:开源paper可下载)

利用内源性tRNA加工系统提高CRISPR / Cas9多重编辑能力

摘要:
聚集的规则间隔的短回文重复(CRISPR)/ CRISPR相关蛋白9核酸酶(Cas9)系统已成为基因组工程在基础研究、分子治疗和作物改良的强大工具。该系统使用小的gRNA将Cas9内切核酸酶导向特定的DNA位点,因此其靶向能力在很大程度上受到表达gRNA的装置的限制。在这项研究中,我们开发了一个从单个多顺反子基因生产许多gRNA的通用方法,。内源性tRNA加工系统能够精确切割tRNA前体的两端,故可以设计为简单强大的平台,以提高CRISPR / Cas9系统的靶向和多重编辑能力。我们证明了具有串联排列的tRNA-gRNA结构的合成基因能够被有效且精确地在体内加工成带有期望的5'靶向序列的gRNA,这种gRNA指导Cas9编辑多个染色体。使用这种方法,我们在稳定的转基因水稻作物上实现了高效(高达100%)的多重基因组编辑和染色体片段删除。因为tRNA及其加工系统在所有活体生物中差不多是保守的,所以该方法可广泛用于提高CRISPR / Cas9工具包的靶向能力和编辑效率。

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