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基因编辑如何摆脱“脱靶”困扰

2020-02-17 16:05编辑:何莉人气:


基因编辑如何摆脱“脱靶”困扰

CRISPR/Cas9系统的脱靶效应。金双侠供图

基因编辑如何摆脱“脱靶”困扰

金双侠在华中农大作物遗传改良国家重点实验室查看基因编辑的棉花材料。

基因组编辑技术是当前生命科学研究的前沿领域。在多种不同的基因组编辑方法,以CRISPR/Cas9系统最为便捷、高效,应用也最广泛。

但CRISPR技术存在的脱靶效应依旧是影响其能否广泛应用的主要限制因素,如何正确评估、检测脱靶效应,并提出相应的策略降低脱靶效应,是当前基因编辑研究领域的重要研究方向。

近日,华中农业大学棉花遗传改良团队一篇相关综述,系统总结了当前的基因编辑工具、基因编辑产生的脱靶效应及类型、脱靶效应的机理、动植物的脱靶效应存在的问题;并总结了如何进行sgRNA设计,脱靶效应的评估和预测,避免和减轻脱靶效应的策略以及对预期基因组编辑结果的影响。该论文在线发表于国际综合性期刊《先进科学》

基因编辑虽好,脱靶是个问题

相对于以往研究基因功能的工具,以CRISPR/Cas9 为代表的基因编辑的效率和准确性都较高,但也会带来一个可能“致命”的问题——脱靶效应。 

“基因编辑可以‘指哪打哪’。一般只要20个核苷酸序列就能对一个基因进行定位并定点敲除。但同时,基因组序列中,与特定20个核苷酸序列相近的碱基片段非常多。基因编辑过程中,与导向RNA靶向目标很接近的片段,也会结合上去并被敲除掉,就是所谓的‘脱靶’华中农业大学植物科学技术学院教授、论文共同通讯作者金双侠在接受《中国科学报》采访时解释到。

金双侠强调,由于可以结合的潜在脱靶位点基因片段短,所以在理论上脱靶概率还是比较高的,脱靶位点比较多。如果脱靶现象普遍发生,对动植物来说都会是一个严重的挑战其后果是比较严重的。

在电子科技大学生命科学与技术学院教授张勇看来,基因组编辑技术动植物育种基础研究工作都很重要。但其中的脱靶效应和非特异性剪切对应用结果和研究成果的可靠性、有用性有重要影响。“目前,对于基因编辑技术的应用和发展的综述较多,但全面综述脱靶效应的比较少。”

长期以来,学术界对植物基因编辑器和基因编辑工具的脱靶效应缺乏相关重视”,安徽省作物基因编辑中心主任、安徽省农科院水稻研究所研究员魏鹏程评价到,该综述很好地结合了动物基因编辑技术中的前沿进展以及植物基因编辑所面临的问题,指出了未来在脱靶效应方面到底应该做哪些工作。

四种脱靶检测方法

根据该论文,基因编辑领域目前可以采用以下策略降低脱靶效应:开发并合理利用预测脱靶效应的有效工具,开发新的基因编辑系统,利用高质量参考基因组设计靶标和好的基因编辑工具递送系统。“这上面几种技术策略利用,可以有效减少或避免脱靶。”金双侠表示。

脱靶检测最简单有效的方法之一是全基因组测序通过软件预测潜在的脱靶位点,然后将基因组测出来进行比对。如果与受体材料相比,在潜在脱靶位点没有变化则证明没有脱靶,有变化则有可能存在脱靶,进一步可以通过经典Sanger测序法进行验证“这是目前非常简单高效而且全面的一种方法。”金双侠称。

(来源:网络整理)

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