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基因编辑技术有哪些 [复制链接]

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基因编辑,就是人们利用分子工具,在分子水平上对生物的基因组进行修饰的过程。包括基因缺失,敲除,插入等,从而达到定点改造基因的目的。

在过去,基因编辑技术,主要利用同源打靶重组的原理进行,即转入具有同源臂的外源基因,利用同源重组作用,实现基因编辑。但是这样的传统方法面临着三大问题,即周期长,效率低和作用窄。

随着生物技术的发展,科学家们为实现基因编辑,不断开发,到现在为止,已经产生了三代新技术。

1、ZFN(锌指核酸蛋白酶,年),

2、TALENs(转录激活因子样效应物核酸酶,年),

3、CRISPR/Cas9(年)。

从时间上看,ZFN是最早的,接着是TALEN,最后是CRISPR。每一次成功的交替,都伴随着操作更简便、应用更普及。CRISPR的出现,大大简化了基因编辑的操作,因此被研究人员广泛采用。

尽管如此,ZFN和TALEN仍被人们认为在基因治疗中前途光明,因为它们比CRISPR更加精确。

今天只介绍:ZFN(锌指核酸蛋白酶,年)

ZEN(锌指核糖核酸酶)作为人工合成的限制性内切酶通过其锌指DNA结合域、DNA切割域发挥作用。

ZFN=DNA识别域+限制酶

锌指蛋白所对应的识别核苷酸三联体的基因型。根据不同目的将多个锌指蛋白按一定的顺序串联起来,便可与特异DNA序列结合,连接的FokI可达到对基因组进行特异性切割的目的。

研究者通过改造DNA结合域,靶向定位于不同的DNA序列,再由DNA切割域进行特异性切割。此外,ZFN技术还可与细胞内DNA修复机制共同发挥作用,使研究者自如地编辑基因组。

ZFN技术的优势在于具有很高的特异性,因而避免了免疫应答,但高度的特异性却带来了另一种弊端,即基因工程化锌指DNA结合蛋白成为了难题,究其原因或许是因为蛋白质本身体积庞大的性质及其环境依赖性结合的属性。另外,ZNF技术易于脱靶,导致细胞死亡或者额外突变。

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24.(10分)肌肉生长抑制素(MSTN)是肌肉发育的一种负向调控因子,MSTN突变体动物的肌肉更加发达,瘦肉率更高。科研人员采用ZFN基因编辑技术在梅山猪的MSTN基因中引入突变,培育高瘦肉率的梅山猪新品种。

(1)ZFN基因编辑系统的作用原理如图所示,ZFN-L和ZFN-R蛋白结合DNA上的特定序列(图中带有下划线的序列),之后由连接在ZFN上的FokI蛋白将DNA双链切开(FokI仅当其与ZFN形成二聚体时才可以切割DNA),在细胞修复DNA损伤时可能会引入突变,关于此过程下列说法正确的有▲(填序号)。

①FokI作用于DNA上的磷酸二酯键,切开双链会产生4个游离磷酸基团

②若没有ZFN,FokI可能会失去切割能力

③设计ZFN-L和ZFN-R的识别序列时,两个识别序列的CG碱基占比应当基本保持一致

④设计ZFN系统时,采用ZFN-L和ZFN-R分别连接FokI单体,而非ZFN直接连接FokI二聚体,可以减少对DNA的非特异性切割

(2)相比于传统的用限制酶切开DNA的方法,ZFN基因编辑系统的优势在于▲。

(3)研究团队合成了带有ZFN系统合成基因的质粒,将质粒转入猪胚胎成纤维细胞中。为了筛选基因编辑成功的细胞,科研人员采用有限稀释法,将细胞群稀释为▲,培养得到单克隆细胞群,利用▲(方法)检测其基因是否被成功编辑。

(4)成功基因编辑的细胞,经检测其MSTN基因编码链(非模板链)中的一个T突变为了G,科研人员提取细胞中的RNA,通过▲取得cDNA进行测序,发现突变后MSTN基因的mRNA缩短了个碱基,导致无法翻译出正常的MSTN蛋白质。已知真核生物转录后进行RNA中的内含子切除时,通过“GU-AG”原则识别内含子,即内含子的起始必须是GU碱基,末端必须是AG碱基,结合此材料分析突变后MSTN基因mRNA大幅度缩短的原因可能是▲。

(5)基因编辑成功的猪均为MSTN突变杂合子。将这些猪相互交配得到F1,提取猪肌肉细胞中的蛋白质,用Westernblot法检测,Westernblot法先将蛋白质进行电泳分离,再以抗体结合目标蛋白质,成功结合可以观察到相应条带,抗体结合步骤中MSTN作为▲。抽样检测得到了三种电泳结果,其中出现电泳结果③的

猪在F1中占比大约是▲。(图中的GADPH是甘油醛-3-磷酸脱氢酶,细胞呼吸中的一种酶)

答案:(1)②③④

(2)通过设计可以识别DNA中的任意序列,而限制酶只能识别DNA分子中的特定序列

(3)单个细胞DNA分子杂交

(4)逆转录突变后的基因经过转录,在mRNA中多出了一个内含子,该内含子在加工时被切除,因此,突变后使得MSTN基因mRNA大幅度缩短。

(5)抗原,1/4

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