摘要：碱基编辑技术起源于CRISPR/Cas系统,是目前最新的基因定点修饰技术。根据碱基编辑器的功能特点,可将碱基编辑器分为胞嘧啶碱基编辑器(cytosine base editor,CBE)、腺嘌呤碱基编辑器(adenine base editor,ABE)、糖基化酶碱基编辑器(glycosylase base editor,GBE)、腺嘌呤碱基颠换编辑器(adenine transversion base editor,AYBE)、双碱基编辑器(dual base editor,DBE)和引导编辑器(prime editor,PE)。自碱基编辑系统诞生以来,已经广泛运用于动植物的研究中,并且已经证明了它在动植物遗传改良和疾病治疗中具有巨大应用价值。猪作为一种重要的农业经济动物和优良的动物疾病模型,对其进行遗传改良则变得十分重要。碱基编辑技术因其操作便利、高效、副产物少以及性价比高等特点,被迅速应用于动植物的遗传改良,并为人类的基因治疗提供技术支持。本文着重介绍了碱基编辑技术的开发、优化、应用特点、存在的问题以及对未来的展望,并总结了其在猪中的应用。以期为相关科研工作者了解碱基编辑技术提供参考。

摘要：肌肉生长抑制素(Myostatin,MSTN)基因突变时会导致肌纤维增粗,肌肉细胞增多,表现出双肌性状。为敲除欧拉藏绵羊MSTN基因以获得产肉性状更优的欧拉藏绵羊,利用胞嘧啶碱基编辑系统(CBE)在欧拉藏绵羊MSTN基因编码区提前引入终止密码子。在MSTN基因3个外显子区域上各设计1条sgRNA,分别连接至pEF1a-BE4max-NG-mU6-gRNA-blast质粒并转染欧拉藏绵羊耳成纤维细胞,通过Sanger测序和T-A克隆检测,成功筛选出1条靶向外显子I的符合预期的sgRNA,编辑效率20%。本研究成功通过单碱基编辑技术在欧拉藏绵羊耳成纤维细胞MSTN基因编码区进行定点编辑,为通过分子育种培育产肉性状更佳的欧拉藏绵羊新品种奠定基础。

摘要：【目的】利用单碱基编辑器在宁乡花猪肌肉生长抑制素(myostatin,MSTN)基因第2外显子处引入终止密码子,以获得MSTN基因表达沉默的肾成纤维细胞系,为后期培育MSTN碱基编辑猪奠定基础。【方法】首先在MSTN基因的第2外显子处设计1条单向导RNA(single guide RNA,sgRNA),将其连接至pMLM3636-puro质粒,形成重组表达载体pMLM3636-puro-MSTN,与含有红色荧光碱基编辑器YE1-BE3-FNLS共转入宁乡花猪肾成纤维细胞中,在红色荧光和嘌呤霉素双筛选条件下,挑取单克隆细胞,测序验证后,分析阳性单克隆细胞的蛋白表达情况。【结果】在MSTN基因第2外显子处发生了碱基定点突变,目标位点的氨基酸序列由色氨酸(TGG)转变成终止密码子(TAA),且G→A突变率为5.5%。Western blotting检测结果表明,试验组10号单克隆细胞的MSTN蛋白表达量与野生型相比降低了60%。【结论】本研究运用单碱基编辑技术在宁乡花猪MSTN基因编码区引入终止密码子,使翻译提前终止,导致蛋白表达量显著降低,为后期MSTN基因碱基编辑猪的生产奠定基础。

摘要：肌肉生长抑制素(myostatin,MSTN)可负调控骨骼肌的发育。本研究利用胞嘧啶碱基编辑器(cytidine base editor,CBE)在哈萨克羊MSTN基因编码区提前引入终止密码子,以期达到敲除MSTN基因的目的。共设计2条靶向哈萨克羊MSTN基因不同外显子的sgRNAs,分别连接至pGL3-U6-sgRNA-PGK-puromycin质粒,并与pCMV-AncBE4 max-P2A-GFP质粒共转染哈萨克羊胎儿成纤维细胞,经CruiserTM酶酶切检测、Sanger测序和TA克隆分析。结果显示,成功筛选出可以在哈萨克羊MSTN基因外显子提前引入终止密码子的2条sgRNAs,其中STOPsg-1靶位点编辑效率为26.7%,STOPsg-2靶位点的编辑效率为6.7%。本研究成功运用CBE(AncBE4 max)技术在哈萨克羊胎儿成纤维细胞MSTN基因编码区实现定点编辑,为培育精确编辑MSTN基因的哈萨克羊奠定基础。

摘要：猪传统育种周期长、耗资大,亟需利用新技术振兴种业。近年来兴起的CRISPR/Cas9基因编辑技术在猪遗传改良上表现出巨大潜力,成为研究的热点。单碱基编辑是在CRISPR/Cas9系统基础上发展起来的新型碱基编辑技术,可对单个碱基进行靶向突变。CRISPR/Cas9技术容易操作且设计简单,但该技术会导致DNA双链断裂,使基因结构不稳定,造成基因的随机插入和缺失,故而大大制约了该技术的应用。与CRISPR/Cas9技术不同,单碱基编辑技术不产生双链断裂,因而具有更高的基因编辑精准性和安全性,预期在猪遗传育种应用上具有显著优势。本文综述了CRISPR/Cas9技术的工作原理与不足、单碱基编辑的开发与优势、不同碱基编辑器的原理、应用特点及其在猪遗传改良上的应用,以期对后续开展猪的基因编辑遗传育种实践提供理论参考。

摘要：研究旨在利用单碱基编辑技术定点修饰绵羊(Ovis aries)成纤维细胞生长因子5(fibroblast growth factor 5,FGF5)基因第1外显子以引入终止密码子,获得定点编辑类型的绵羊胚胎,为培育具有长毛性状的绵羊提供试验材料。首先设计合成4个单导向RNA(single guide RNA,sgRNA)寡核苷酸链(sgRNA-T1~sgRNA-T4),构建4组不同的重组表达载体;将构建好的pGL3-U6-sgRNA-PGK-puromycin和pCMV-AncBE4max-P2A-GFP质粒以共转染的方法分别转入4组绵羊成纤维细胞,随后用CruiserTM酶对转染的细胞进行活性检测并在胚胎水平进行测序验证。结果显示,sgRNA-T1和sgRNA-T4组细胞的PCR产物可被CruiserTM酶酶切,且测序结果表明都具有靶向效果,编辑效率分别为68.75%和47.37%。利用显微注射技术将不同浓度的AncBE4max mRNA与有效sgRNA混合注射到绵羊孤雌激活胚胎中,并检测胚胎卵裂率、囊胚率和编辑效率,结果显示,胚胎水平的最佳注射浓度组合为AncBE4max(ng/μL)∶sgRNA(ng/μL)=100∶50,从该浓度组中随机挑选的单枚胚胎测序结果显示,引入终止密码子的编辑效率为80%。而sgRNA-T1在不同浓度组合的注射胚胎中均未检测到编辑。本研究针对FGF5基因的第1外显子,通过在成纤维细胞转染表达载体,成功筛选到高效靶向绵羊FGF5基因的2个sgRNA(T1、T4);通过显微注射绵羊孤雌激活胚胎,成功在胚胎上实现FGF5基因第1外显子打靶位点C→T的转变,为后期FGF5基因定点编辑羊的生产奠定基础。