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基于CRISPR/Cas9基因编辑系统的载体组合及其应用
01.成果简介 CRISPR/Cas9是细菌在长期演化过程中形成的一种适应性免疫防御系统。其工作原理是crRNA通过碱基配对与tracrRNA结合形成tracrRNA/crRNA复合物，此复合物引导核酸酶cas9蛋白在与crRNA配对的序列靶位点剪切双链DNA。经过研究，通过人工设计tracrRNA/crRNA，改造形成具有引导作用的sgRNA，可以引导Cas9蛋白在多种细胞的特定基因组位点上进行切割、修饰，并最终实现基因突变、插入或缺失。因此，CRISPR/Cas9系统已经被广泛应用于基因编辑技术领域。 近年来，CRISPR/Cas9基因编辑系统在真核生物和原核生物中得到了广泛的应用。在大肠杆菌等革兰氏阴性菌中，用一个载体表达cas9基因，同时由于革兰氏阴性菌重组效率低，需要在这个载体上表达λ-RED重组酶；在另一个载体中表达sgRNA和用于同源重组的同源臂序列。两个载体都转入大肠杆菌中时，sgRNA介导Cas9蛋白切割基因组上特定序列，形成双链断裂，刺激同源重组的发生，从而实现基因编辑。 本项成果构建了适用于盐单胞菌的基于CRISPR/Cas9的基因编辑系统。该系统由两个载体组成：第一个载体表达Cas9基因，且不需要表达λ-RED重组酶，实际操作中不再需要诱导λ-RED重组酶的表达，简化了步骤流程；第二个载体表达sgRNA，并含有用于同源重组的同源臂序列。从而实现了基因编辑。本项成果的技术优势包括： （1）基因编辑时间由原有的20余天缩短到7-8天； （2）N个基因编辑时间由原有的N个月缩短到3+5N天； （3）无需表达λ-RED重组酶。 图1 盐单胞菌TD01进行基因编辑的流程示意图02.应用前景 本项成果可作为CRISPR/Cas9基因编辑系统的载体，广泛应用于基因编辑领域。03.知识产权 本项成果已申请1项发明专利。04.团队介绍 本项目为多团队合作项目，其中一个团队的负责人为清华大学教授，博士生导师，长江学者特聘教授，国家杰出青年基金获得者。主要研究方向为合成生物学、微生物代谢工程、生物材料、工业生物技术。已发表国内外高水平学术论文数十篇，申请专利70余项。05.合作方式 投融资。06.联系方式邮箱：zhangxinrui@tsinghua.edu.cn
清华大学
2021-04-13
家蚕滞育品种的低温和早期浸酸催青转基因方法
一种家蚕滞育品种的低温催青转基因方法。用特殊的催青条件改变家蚕滞育品种下一代蚕卵的化性,使 特殊的催青条件下获得的当代家蚕滞育品种蚕蛾交配，产下非滞育的下一代蚕卵，最后参照非滞育家蚕卵胚 胎显微注射的转基因方法进行转基因，从而巧妙地突破家蚕滞育品种转基因技术的障碍并有效制作转基因 蚕。该方法直接采用生产中普遍使用的实用性家蚕滞育品种作为原始材料，可以避免漫长而烦琐的育种过 程，直接利用转基因技术创造出各种性状优良的新的特殊家蚕品种，可大大缩短育种的周期，节约大量的人 力和物力。一种家蚕滞育品种的早期浸酸转基因方法，利用在蚕卵胚胎发育至胚带形成之前的一定时间内， 即产卵后2个半小时之前对家蚕滞育卵进行盐酸的浸泡处理,随后对处理解除滞育的蚕卵进行風台显微注射， 催青孵化获得的GO代家蚕的饲养至化蛾，它们的自交或回交产生G1代，通过荧光标记筛选，从而有效制作 转基因家蚕。该方法直接采用生产中普遍使用的实用性家蚕滞育品种作为原始材料，可以避免漫长而烦琐的 育种过程,直接利用转基因技术创造出各种性状优良的新的特殊家蚕品种，可大大缩短育种的周期，节约大 量的人力和物力。
西南大学
2021-04-13
一种基因工程红球菌及其构建方法与应用
1. 痛点问题
红球菌是具有高抗逆性（耐有机溶剂、耐高温、耐酸碱）的特殊放线菌，日本30年前首先使用红球菌高效催化丙烯腈水合生产丙烯酰胺——其聚合产物广泛用于石油开采、水处理、土壤改良剂等领域——迄今为止仍是工业生物技术领域最成功的案例之一。开发红球菌基因编辑方法，一方面可以实现红球菌细胞自身性能的按需调控（如敲除副产物基因），解决丙烯酰胺、丙烯酸铵等酰胺、羧酸类大宗/精细化学品生产中的高成本和高排放问题，另一方面有望以红球菌细胞为普适性宿主，高表达各种外源功能酶，从而实现重组红球菌全细胞催化技术的普遍应用，尤其是解决手性医药中间体现有制备工艺中路线长、工艺复杂、原子经济性差、环境污染严重等各种主要问题。但是，作为一种革兰氏阳性放线菌，红色红球菌存在基因组中GC含量高、基因转化率低、非法重组严重等问题，基因组改造困难。目前红色红球菌基因组改造主要依赖于自杀质粒介导的同源重组，但自杀质粒转化效率和单交换成功率很低，正确编辑率更低。因此，迫切需要开发高效的红球菌基因组编辑工具。
2. 解决方案
本技术核心成果是一种基于CRISPR（成簇规律间隔短回文序列）-Cas9（DNA剪切蛋白）技术的红色红球菌基因组高效编辑方法。该技术通过红色红球菌特有启动子及质粒元件，首先实现了Cas9蛋白在红色红球菌中的表达及切割功能；其次成功规避了红球菌的限制修饰系统，将红色红球菌基因转化效率提高了80多倍；接下来，又通过红球菌重组酶的引入，显著提高了外源基因在红色红球菌中的同源重组效率，最终率先成功建立红色红球菌的CRISPR/Cas9基因编辑系统，不仅可以实现基因组上目标基因的敲除、替换和改造，也可实现多个基因的同时敲除以及无痕叠加敲除，为红球菌全细胞催化平台技术开发及其在化学品绿色先进制造中的应用奠定了坚实基础。
合作需求
开展合作开发、技术许可等，寻求有志于生物制药、生物合成、石油开采、日化洗涤等不同应用领域进行红球菌全细胞催化法生产目标产品的企业合作，尤其是在上述不同领域具有生产和销售优势或经验的企业。
清华大学
2021-12-16
创制转基因技术中带有安全筛选标记的安全转化载体
选择标记转基因作物已成为近年来植物基因工程技术研究的重点之一，随着转基因作物产品的商品化，转基因植物的生物安全性受到公众越来越多的关注，尤其是目前抗生素标记基因在植物遗传转化过程中的广泛应用，使人们对这些标记基因可能带来的潜在危害性心存疑虑，抗性标记基因的存在严重地阻碍了转基因植物的商品化进程和转化技术本身的有效性。 本项目培育的无抗生素标记基因（可视化标记基因）在建立高效、安全、规模化的转基因作物技术体系方面取得突破，以紫色幼芽作为可视筛选标记代替抗生素筛选标记，构建了新型转化载体
南开大学
2021-04-14
Chordin A基因在湘军金鱼双尾性状中的作用机制研究
本试验通过石蜡切片技术对湘军金鱼性腺组织进行切片观察，发现9月龄的雄性湘军金鱼精巢中有大量的成熟精子，11月龄的雌性湘军金鱼卵巢中有成熟卵子。
一、项目进展
创意计划阶段
二、负责人及成员
姓名
学院/所学专业
入学/毕业时间
洪迪珊
湖南师范大学生命科学学院/生物科学
2018/2022
陈雨薇
湖南师范大学生命科学学院/生物技术
2018/2022
刘雨欣
湖南师范大学生命科学学院/生物科学
2019/2023
马彤彤
湖南师范大学生命科学学院/生物科学
2019/2023
黄志娴
湖南师范大学生命科学学院/生物科学
2018/2022
三、指导教师
姓名
学院/所学专业
职务/职称
研究方向
刘少军
湖南师范大学生命科学学院/鱼类遗传育种
教授
鱼类遗传育种
王余德
湖南师范大学生命科学学院/鱼类遗传育种
讲师
鱼类遗传育种
四、项目简介
为探究湘军金鱼的胚胎发育过程、能育性、倍性以及Chordin A基因在湘军金鱼的双尾性状形成过程中的作用，本试验通过石蜡切片技术对湘军金鱼性腺组织进行切片观察，发现9月龄的雄性湘军金鱼精巢中有大量的成熟精子，11月龄的雌性湘军金鱼卵巢中有成熟卵子。试验通过PHA体内诱导肾细胞制片法对湘军金鱼染色体数目进行统计，发现其染色体数目为100条。试验通过PCR技术获得了Chordin A基因全长，并对其进行生物信息学分析发现Chordin A基因全2634 bp，其中碱基A共618个，占比23.46%、碱基C共692个，占比26.27%、碱基G共756个，占比28.70%、碱基共568个，占比21.56%。碱基“G+C”占比 54.97%，碱基“A+T”占比45.03%。试验对湘军金鱼不同组织进行Chordin A基因的荧光定量PCR试验，发现Chordin A基因在尾鳍表达量最高。项目成员在进行科学探究的同时深挖湘军金鱼经济价值，项目组成员多次赴双峰县、龙田镇玉坪村等地进行实地调研,我们发现观赏鱼行业是朝阳行业，发展迅猛；与此同时湖南省休闲渔业来势喜人，但是观赏鱼普遍鱼病高发，变异物种破坏生态等问题。本项目借助湘军金鱼这一优质鱼种，通过互联网+农副产品的销售模式，变单一销售模式为多形式利益联合，拉动当地的经济增长。我们与村落达成了长期合作的关系。湘军金鱼作为优质观赏鱼备受消费者青睐。
湖南师范大学
2022-08-10
利用抗除草剂基因的油菜化学杀雄制种技术
可以量产/n该项目属于作物标记辅助育种技术领域，具体涉及利用抗除草剂基因的油菜化学杀雄制种方法。本发明的特征包括培育耐受化学杀雄剂的父本材料和无遮挡的化学杀雄步骤。利用化学诱变剂诱变甘蓝型油菜种子，在5-6叶期喷施除草剂苯磺隆，初步筛选得到抗除草剂的突变体材料，自交得到稳定遗传的抗除草剂油菜突变体株系，提取油菜突变体株系基因组DNA，扩增得到BnaAHAS1和BnaAHAS3基因片段，其中BnaAHAS3基因片段的核苷酸序列如SEQ?ID?NO：1所示，在该基因BnaAHAS3第536bp处存在一个
华中农业大学
2021-01-12
评价转基因抗虫水稻水生环境安全性的技术
中试阶段/n该项目提供一种评价转基因抗虫水稻水生环境安全性的方法，包括如下步骤：转基因稻田和非转基因稻田布置和管理；稻田水层和淤泥中外源蛋白的测定，包括样本预处理和外源蛋白的抽提和测定；稻田水层中浮游生物的分离，包括水样采集、沉淀分离浮游生物；稻田水层中浮游生物种类和丰度的测定，包括活体鉴定和数量计数；转基因抗虫水稻的种植对浮游生物的安全性评价，利用分析软件对浮游生物种类、数量、发生时期进行统计分析，得出多样性指数、均匀性指数等参数，并和常规稻田进行比较，从而对转基因抗虫水稻水生环境安全性进行评价。
华中农业大学
2021-01-12
转基因沉默延长香石竹切花品种的瓶插寿命技术
可以量产/n由于香石竹是乙烯敏感植物，在其采后贮藏运输期间需花费大量的人力物力进行保鲜处理。传统的保鲜方法多采用含有乙稀抑制剂(如AVG、GVG、AOA)和乙稀拮抗剂(如AgNO3、STS、2,5-NBD)的保鲜剂，或是利用冷藏、气调等措施，不仅成本高，效果也不尽人意，且易造成环境污染。本成果运用转基因沉默理论，通过基因工程的方法抑制香石竹内源乙烯的生物合成，从而达到延长香石竹自然保鲜期的目的，进而达到有效调节贮运和香石竹市场供应之目的。技术水平：利用转基因技术获得了瓶插寿命明显延长的香石竹切花'M
华中农业大学
2021-01-12
基于基因组定点编辑分子育种新技术及其配套软件
研发阶段/n基于基因组定点编辑分子育种新技术及其配套软件。 成果简介：本成果含有完整的基于CRISPR/Cas系统介导的基因组定点编辑技术，我们对基因组编辑技术切割活性和脱靶效应进行了优化，开发了完整的sgRNA设计，sgRNA表达载体构建，细胞或在体水平基因组打靶和脱靶检测等技术。提高基因组定点打靶效率和降低脱靶风险，为基因组定点编辑技术应用于动植物分子育种打开了新的局面。本成果拥有自主知识产权的基因组编辑技术配套软件，其适用于针对不同物种基因组设计和筛选活性高，特异性强的sgRNA用于动植物分
华中农业大学
2021-01-12
一种检测牛APAF1基因隐性致死突变的方法
本发明提供了一种检测牛APAF1基因隐性致死突变的方法，涉及分子生物学领域，本发明方法基于焦磷酸测序技术，采用一对扩增引物、一条通用引物和一条测序引物，其核苷酸序列如SEQ?ID?No.1、2、3、4所示，对牛5号染色体63150400bp位点的单核苷酸多态性进行分析，结果发现牛APAF1基因野生型纯合子在C碱基处有峰，T碱基处无峰；而致死突变携带者在C碱基与T碱基处均有峰。本发明提供的方法操作简单，灵敏度高，准确性强，通量高，检测成本低，可快速检测APAF1基因隐性致死突变携带者的个体，在牛的育种过程中具有重要应用价值。
中国农业大学
2021-04-11