维吉尼亚链霉菌IBL-14 I-B-sviCas3系统在酿酒酵母BY4741中的基因编辑及脱靶分析

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基因编辑(gene editing),又称基因组编辑(genome edting)或基因组工程(genome engineering),是通过对生物体某些特定的基因进行比较精确的增添或者删减从而满足人类的某些需求衍生出的一项基因工程技术或过程。与传统的基因工程相比较,基因编辑可以直接作用于细胞染色体的特性,使得其实用性获得了更大的提升。CRISPR/Cas是目前基因编辑领域最前沿最火热的基因编辑技术,其低成本高效率易操作的优点大大促进了基因编辑技术的发展。CRISPR/Cas系统广泛存在于自然界细菌和古生菌中,是细菌和古生菌面对外源DNA的入侵而产生的一种自我免疫的机制。对CRISPR/Cas系统的研究发现CRISPR-Cas9和V型Cpf1具有基因编辑的作用,其中CRISPR-Cas9最具有典型性,但是CRISPR-Cas9也存在着对某些生物不相融,高脱靶率的问题。通过对本实验室自行分离纯化得到的维吉尼亚链霉菌IBL14(Streptomyces virginiae IBL14)的全基因组测序发现其染色体的两个CRISPR位点之间存在着一个Cas顺序为cas7,cas5,cas3,cas4,cas1,cas2的蛋白群,他们位于同一操纵子上,其中Cas3具有DNA编辑的能力我们将其命名为I-B-svi型CRISPR-Cas系统,在本实验室的研究中已经证实该系统在原核微生物,真核微生物及人的细胞中具有基因编辑的效力,与CRISPR-Cas9相比较该I-B-svi型CRISPR-Cas系统的分子量小,来源于革兰氏阳性菌,低脱靶率的特点均证明该系统具有广阔的应用前景。本论文在实验室现有的基础上对I-B-svi型CRISPR-Cas系统在酿酒酵母中基因编辑的基础上进行了拓展。我们设计并构建了基因编辑质粒与蛋白表达质粒,在基因编辑质粒里我们分别插入了绿色荧光蛋白基因片段和氯霉素基因片段,并通过两部电转化的方法对酿酒酵母进行了基因编辑。同时我们也对该系统的脱靶效率进行了初步的评估。通过对实验结果的分析我们可以发现:(1)插入了基因片段的编辑质粒可以对酵母靶基因进行基因编辑,进一步的印证了本系统在真核微生物可进行有效地基因编辑(2)对随机选取的靶基因同源性序列进行脱靶性分析未发生脱靶现象,为进一步的进行准确的脱靶分析打下了基础。可以初步判断本系统在真核微生物酿酒酵母的基因编辑中具有较低的脱靶率。
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