CRISPR-Cas（Clustered regμlarly interspaced short palindromic repeats and CRISPRassociated proteins,规律成蔟的短间隔回文重复序列和CRISPR相关蛋白）系统最早在细菌和古细菌中发现,提供抵抗噬菌体侵染的能力。拥有CRISPR系统的细菌和古细菌能够“记住”曾经入侵的外源核酸信息,并提供适应性免疫能力。经历了近三十载的研究之后,科学家们对CRISPR-Cas系统进行了功能和结构上的区分。由多个Cas蛋白组成Cascade复合体来发挥靶向干扰功能的CRISPR-Cas系统被归为第一大类,这类CRISPR-Cas系统由于基因组较为复杂,且效应复合体由多亚基组成使得其在应用上受到限制。第二大类CRISPR-Cas系统的组成则更为简单,由含有多个结构域的单个Cas蛋白来发挥干扰功能,这类Cas蛋白通常结构较为复杂,多个结构域各自行使不同的功能。由于第二大类CRISPR-Cas系统的组成简单,具备对切割位点的重编程能力,其中最著名的II型CRISPR-Cas9系统在2013年便已有了在哺乳动物细胞中进行基因组编辑的案例。在这之后新发现的V型CRISPR-Cas系统具有与Cas9不同的切割方式,其中Cas12a、Cas12b等均已被成功应用于基因组编辑。对新发现的CRISPR-Cas系统的研究有助于拓展基因组编辑方式,同时对CRISPR的进化分析提供更深入的了解。Cas12i1是第二大类V型CRISPR-Cas系统中新发现的效应蛋白,其切割双链ds DNA底物的非目标链即NTD链（Non Target strand）的活性要明显高于切割目标链即TD链（Target strand）的活性,Cas12i1的这种酶切活性在经过改造之后可用于高特异性的基因组编辑。本文解析了Cas12i1-crRNA二元复合物的晶体结构,并对结构进行了详细的分析,结合生化实验,对Cas12i1的功能和机制进行了总结。Cas12i1对DNA底物切割共分为两种不同的机制:Cis（顺式）切割和Trans（反式）切割。Cas12i1的Cis切割活性指的是Cas12i1在crRNA的指导下对与crRNA互补配对的靶ds DNA的TD链和NTD链进行序列特异性的定向切割,通常使靶ds DNA产生一个错位的双链断裂（Double strand break,DSB）,在体外生化分析实验中我们也观察到Cas12i1对靶ds DNA中对与crRNA的非互补链NTD的切割活性要明显高于对与crRNA的互补链TD的切割活性。Cas12i1的Trans切割活性则在由crRNA与靶ds DNA结合并产生序列特异性的Cis切割之后激活,Cas12i1可以结合环境中的任意单链ss DNA,产生序列非特异性的Trans切割活性,从ss DNA的5’端开始进行连续性的切割。此外,在我们得到的Cas12i1-crRNA二元复合物晶体结构中观察到了与crRNA结合的来源于大肠杆菌的伪靶寡核苷酸,模拟了靶DNA与crRNA的识别。同时在与本实验室其他成员所解析的Cas12i1-crRNA-Target三元复合物进行叠合分析后发现二元复合物中的PI（PAM Interaction）结构域在Cas12i1结合靶ds DNA的过程中经历了打开-关闭的动态变化过程,同时也观察到了其它结构域中发生的构象变化以激活Cas12i1的核酸内切酶活性。本研究为Cas12i1开发成为可靠的基因组编辑工具提供了有价值的见解。