CRISPR系统在植物研究中的应用.doc

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1、植物保物研究方法论文题目：现代技术在植物病理学中的应用学院(系)：植物保护学院专业年级：植物病理学学生姓名：杜友伟学号：2016050129CRISPR/cas基因编辑系统在植物病理学中的应用摘要：基因组定点编辑是利用人工核酸酶，对复杂生物基因组特定位点快速而精确地进行遗传改造的一项新技术。尤其是最近从细菌和古细菌的获得性免疫防御反应中改造而来的CRISPR/Cas9系统，因其简单、廉价、高效以及通用的特性，目前已经广泛地应用于植物、动物、微生物等各种生物体和细胞的基因功能和应用研究中。CRISPR/Cas9系统

2、的原理在于其携带的Cas9核酸酶RNA导向的dsDNA结合蛋白，能够在靶位点对双链DNA进行定点切割，随后引发的非同源末端连接或者同源重组修复，导致了靶位点DNA的缺失、插入、替换甚至染色体大片段重排。关键词：基因,CRISPR,植物病理Abstract：Theclustered,regularlyinterspaced,shortpalindromicrepeats(CRISPR)/CRISPRassociatedproteins(Cas9)systemisarecentlydevelopedgroundbre

3、akingtechnologywhichenablestheproductionofhighlyspecificgenomemodificationwithhighefficiencyandspecificity.TheCRISPR/Cas9systemisderivedfromtheadaptiveimmunitysysteminbacteriaandarchaeas,itusesCas9,aRNA-guidednuclease,tocreatedouble-strandbreaksinthegenomiclo

4、ciofinterest.Therepairofbreaksthrougheithernon-homologousendjoiningorhomonlogousrecombinationleadstoinsertions,deletions,replacementsorlargerchromosomalrearrangementsatthedesiredsitesofgenome.TheCRISPR/Cas9systemisfacile,highlyefficientandwidelyusedindiversec

5、ellsandorganisms,includingthespeciesthathavetraditionallybeenachallengeintheirgeneticmanipulations.Keywords:Gene,CRISPR,Plantdisease1.CRISPR/Cas基因编辑系统1.1CRISPR/Cas基因编辑系统的发展CRISPR/Cas系统的基因组编辑技术，即一种由RNA介导的切割特异DNA片段的基因编辑系统引起了科学家们的注意。它依靠RNA引导序列与靶标DNA序列互补识别目标位点，仅需

6、变化约20个核苷酸的序列就能靶向不同基因[1-3]。CRISPR/Cas基因编辑系统的发现源自于对细菌的免疫系统的研究，最早是日本科学家Nakata等[4]在研究大肠杆菌时发现的一种特定的重复序列，但当时他们还不清楚其具体功能。后来人们发现这种重复序列广泛存在于细菌和古细菌中，随后科学家正式将其定义为CRISPR。2005年，多个研究团队发现CRISPR间隔序列与噬菌体或质粒等外源DNA序列高度同源[5-7]。2007年，Barrangou等[8]发现改变CRISPR中的重复序列能调节嗜热链球菌(Streptoc

7、occusThermophilus)对噬菌体的抗性，证实CRISPR/Cas系统使细菌通过获取噬菌体DNA片段形成“记忆”，从而使细菌获得再次遭到同一噬菌体入侵时对其免疫的能力。1.2CRISPR/Cas系统基本结构特征CRISPR/Cas系统主要由CRISPR序列元件与CAS基因家族蛋白组成。CRISPR序列元件是一类独特的DNA重复序列家族，由一些高度保守的重复序列和间隔序列相间排列组成。而CAS基因家族蛋白是CRISPR序列附近一些高度保守的相关基因编码的蛋白酶，具有核酸酶和切口酶活性，能对DNA序列进行特

8、异剪切和修复[9]。随着基因组学的迅速发展，CRISPR基本结构也逐渐为人知晓。人们发现已测序的细菌基因组中约有40%包含CRISPR位点[10]。不同物种间CRISPR位点数目与重复序列的数目也有所不同[11]，但均包括4种序列（重复序列、间隔序列、Cas基因编码序列、前导序列）。CRISPR中的重复序列是一组长度约25~50个碱基对组成的短小回文序列，能形成发卡结构，