利用靶向性人工核酸酶可对基因组或者转录组进行特异性修饰。作为新型的基因编辑技术，这类技术极大的推动了生命科学领域的研究，在基因治疗等领域也展示出巨大潜力，受到高度关注和青睐。用于基因编辑的人工核酸酶技术主要有三类:ZFN，TALEN和CRISPR/Cas9系统。这些技术的发展和应用受到多种因素的影响，包括靶向的精确性、技术的复杂性和胞内及核内递送的高效性。ZFN技术较早建立，由于ZFN蛋白非常小，容易进入细胞，是一种较理想的基因靶向技术。但是，因其潜在的应用价值，该技术一经建立即受到严格的商业专利保护。同时，ZFN的构建过程极其繁琐，且相邻的锌指蛋白结构域之问的上下游依赖效应往往使得构建的ZFN缺乏活性，加之其他新技术随后出现，一定程度上制约了该技术的发展和应用。与ZFN技术形成鲜明对照的是CRISPR/Cas9系统，由于提供了更为高效且易于操作的基因靶向技术，很快在众多领域得到应用和推广。然而，Cas9蛋白非常大，进入细胞比较困难。同时，由于其自身的靶向方式，对于较大的基凶组，如人类，其潜在的脱靶效应仍是需要重点解决的问题。尽管已有系列工作对此进行不断优化，但因该技术自身的特性，更为广泛的临床应用仍需谨慎。相对而言，TALEN蛋白大小适中，且具有很强的靶向特异性和相对较高的安全性，非常适合用于基因纠正等临床应用。但是，由于靶向识别区是由一系列的重复单元所组成，TALEN的构建具有一定的复杂性，如能发展快速且简单的TALEN构建方法，对于推动该技术的发展并成功应用于临床治疗和开发将具有极为重要的意义。　　为此，我们对TALEN技术进行了系统性的优化。首先，我们发明了一种简单且快速的TALE组装方法。利用尿嘧啶切除试剂USER酶能够切除尿嘧啶并制造出独特的长单链DNA突出末端的特性，我们用USER酶处理TALE重复单元，使五个独立的TALE重复单元通过不依赖于连接酶的反应定向拼接成一个五聚体。最终，三个五聚体单元按照次序插入TALEN表达载体组装成完整的载体。以文献中靶向信息相对明确的Tet1基因为例，我们利用这种方法合成了三对靶向Tet1的TALEN，发现所组装的三对TALEN均具有一定的切割活性。与其它方法相比，这种基于USER酶的TALEN组装方法步骤简单且快速，两天即可获得所需要的阳性克隆，其操作的简易程度已接近CRISPR/Cas9技术。　　在此基础上，我们尝试利用优化的TALEN技术构建高通量筛选文库和针对人多能干细胞进行靶向修饰。为使TALEN技术更好的应用于规模化筛选，我们设计了一种一步组装TALEN的方法。利用该方法，我们建立了针对参与转录和表观调节的50个基因的小型库，可用于ES多能性调控基因的批量筛选。随后，利用优化的TALEN技术，我们成功地将铁蛋白基因，或铁蛋白基因与TRPV1组合片段定向插入DARPP32的终止密码子后面，建立了谱系特异性基因敲入的人胚胎干细胞系，为细胞移植的示踪和功能检测奠定了重要的基础。　　总之，我们的工作极大地优化了TALEN技术，使得TALEN技术更为容易，达到了与CRISPR/Cas9相仿的水平。这必将进一步推动该技术在基因组编辑研究和基因治疗中的应用。