基因编辑技术最新进展
基因编辑技术最新进展
人体内已命名的基因共有25000多条，目前已知一部分基因（3000）的突变会引起各类疾病。对于此类疾病的治疗，最本质的手段是通过一些方法将突变后的遗传物质矫正回原来的状态。这类方法被称为遗传疗法（genetic therapies）。目前最广泛的遗传疗法手段为：1. 以病毒载体感染方式引导的源基因导入；2. 以RNA干扰方式引导的目的基因表达下调。这些手段在治疗严重复合型免疫缺陷疾病（SCID）以及Wiskott-Aldrich综合征方面获得了成功。尽管如此，RNAi 技术在应用的广泛性上还存在局限。
基因编辑技术（genome editing technologies）是针对DNA本身进行的操作手段。最近应用型基因编辑领域的"鼻祖"，美国麻省理工学院张锋教授等人发表在《Nature Medicine》杂志上的一篇综述详细介绍了这些技术的原理以及在临床上的应用前景。
基因编辑技术的基本原理
归巢酶，ZFN，TALEN以及CRISPR/cas9四种核酸内切酶均能够特异性地识别与切割特定的DNA序列，引起DNA双链断裂（DSB）。根据其识别方式的不同可以分为：蛋白质与DNA的识别与切割，包括归巢酶，ZFN，TALEN； RNA与DNA的识别与蛋白质介导的切割，即CRISPR/cas9。在特异性方面，归巢酶具有一个较大的DNA识别结构域，此结构同时负责DNA的切割；ZFN与TALEN是由多个酶亚基组成的复合体，分别具有特异性识别DNA的能力与 DNA内切活性。在应用方面，归巢酶及ZFN需要通过人工突变的方式构造切割不同DNA序列的工程酶，LALEN则需要复杂的分子克隆达到此目的。与之不同，在CRISPR/cas9系统中，可以通过简单的sgRNA的变化达到切割不同的基因片段的目的。切割完成后，目的位点会出现双链断裂（DSB）的结果并引起生物体的主动修复。NHDJ修复以另外一条未被切割的DNA链为模板，从而保证修复结果的准确。在反复不断地断裂-修复过程中，容易在切割位点造成插入或缺失突变，这样就达到了造成基因紊乱的目的。另外，研究人员利用HDR的修复机制可以人为制造想要得到的突变结果，从而达到基因修复的效果。
基因编辑疗法简介
基因编辑在疾病治疗方面的应用模式主要为：矫正/沉默有害突变，插入保护性突变，加入治疗性基因以及敲除病毒DNA。对于突变引起的有害基因的活化，可以通过简单的沉默或敲除的方式达到治疗的目的，如亨廷顿氏舞蹈症（一种显性突变引起的家族性遗传病），但是对于突变引起的正常基因的失活，则需要通过HDR的方式对目的序列进行编辑，使其恢复到原有的健康状态，如泰萨氏病（一种隐性基因突变引起的遗传性疾病）。
基因编辑的效率
基因编辑的效率受到编辑方式，细胞类型，位点序列等多个因素的影响。总体上来讲，NHEJ要比HDR效率更高。对于我们更关心的HDR方式，主要受到4个因
素的影响：1，修饰的本质，如改变的序列幅度；2，其识别特异性的干扰，如NHEJ可能干扰DSB造成的针对HDR的特异性序列，造成其效率的下降；3，破坏序列与改造序列的相似度；4，HDR拓扑结构。
具体治疗手段与成功案例
目前常见的治疗手段为体外治疗与体内治疗。体外治疗为将病人体内需要被改造的细胞取出，在体外进行培养与改造，然后将改造后的细胞导入体内；体内治疗为直接将改造材料注入患者体内，可以是系统性地改造，也可以是局部的改造。体外改造的成功例子是讲HIV携带者体内的CD4阳性T细胞表面的CCR5受体进行突变，然后导入体内，发现这一做法能够有效提高患者CD4阳性T细胞数量与减轻HIV恶化程度。体内感染的成功例子是对于小鼠B型血友病的治疗，通过体内导入重组因子IX，小鼠病情得到了减轻。
虽然目前基因编辑编辑技术在安全性与效率方面取得了很大的进步，但是在临床应用方面还有很大的挑战。我们需要一方面不断提高基因编辑的效率，以期能够以最小的代价得到有效治疗；另外，我们还需要不断探索这些核算内切酶的作用机制，从而能够进一步提高它们的特异性，将副作用降到最低。
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转基因技术的利弊及其所引发的思考
转基因技术的利弊及其所引发的思考基因工程，是指将生物体内控制特定性状的基因作为外源基因，按照人类的意愿在体外进行加工操作后，再引入受体生物，使其在受体生物体内稳定存在并表达，从而生产出人们所期望得到的产物或者达到某种目的的过程。 基因工程中应用最广泛的技术就是转基因技术，它可以克服物种之间的遗传屏障，按照人的意愿创造出自然界里原来没有的生命形态或者稀有物种，以满足人类的需求。转基因技术作为一种新兴的生物技术，为人类解决诸多方面面临的困难带来了福音，同时也带来了很多令人类措手不及的问题。本文列举了作者在读书过程中总结的转基因技术利与弊的一些方面，同时提出作者对其所进行的一些思考。 转基因技术给人类带来的福祉 一．转基因技术给农业带来的革命 由于在提高生产力以及提高产品品质上的突出成绩，转基因技术已经成为正在进行的农业技术改造的最重要的组成部分之一。 1.抗病虫害的农作物 目前已经发现了多种杀虫基因，其中应用最广的是Bt毒蛋白基因和蛋白酶抑制剂基因。Bt毒蛋白基因来源于苏云金芽孢杆菌，将该基因转移到植物体后，植物体内能合成Bt毒蛋白，被害虫吞食后可导致害虫死亡；蛋白酶抑制剂基因最早从菜豆中分离，
害虫食入它的表达产物后会无法消化某些必需蛋白质从而导致死亡。另外，动物的毒素基因以及植物凝集素基因也被应用于杀虫并且成绩斐然。 在抗病害方面，人们将病毒的外壳蛋白基因、病毒的卫星RNA 基因、异种植物编码的抗病基因导入植物体内，利用它们的表达产物对付病毒的侵害；将植物抗毒素基因、几丁质酶基因等导入植物体内使植物获得抗真菌的能力等等。 2.利用植物生产疫苗 在人生的旅途中，人类时时刻刻在与疾病做着顽强的斗争，而疫苗是人类在斗争中的重要武器之一。传统的生化方法生产疫苗成本高、危险性大，为了解决这个问题，科学家利用转基因技术，使得某些植物具备了产生人类需要的疫苗的能力。 细胞生物学家米奇海因正在培育可以防止霍兰产生的苜蓿苗。他将霍乱的抗原基因切下来，把这些基因导入到能够引起植物冠瘿病的土壤杆菌细胞中，让苜蓿感染这种带有外来基因的冠瘿病毒。通过这种方法将霍乱抗原基因带入苜蓿苗中，当人们食用这些苜蓿苗后，就可以获得对霍乱的免疫力。 种植这种植物来生产疫苗成本低、产量大、危险系数小，而且食用植物疫苗不需要注射器，可以避免注射器传染疾病的威胁。 二．转基因技术给畜牧业带来的变化 1.利用转基因技术实现优质高产 动物品种的遗传改良，即提高其抗性、品质和产量，为增加
基因编辑技术
基因编辑技术一、概念 基因编辑是近年来发展起来的可以对基因组完成精确修饰的一种技术，可完成基因定点InDel突变、敲入、多位点同时突变和小片段的删失等，可在基因组水平上进行精确的基因编辑。 二、应用 1.在科研领域，该技术可以快速构建模式动物，节约大量科研时 间和经费； 2.在农业领域，该技术可以人为改造基因序列，使之符合人们的 要求，如改良水稻等粮食作物； 3.在医疗领域，基因编辑技术可以更加准确、深入地了解疾病发 病机理和探究基因功能，可以改造人的基因，达到基因治疗的 目的等。 三、作用机理 基因编辑技术本质上均是利用非同源末端链接途径（NHEJ）修复和同源重组（HR）修复，联合特异性DNA的靶向识别及核酸内切酶完成的DNA序列改变。 注： 非同源末端连接（Non-homologous End Joining-NHEJ)是细胞在不依赖同源性的情况下，而为了避免DNA或染色体断裂（Breaks)的滞留，避免因此造成的DNA降解或对生命力的影响，强行将两个DNA 断端彼此连接在一起的一种特殊的DNA双链断裂修复机制。
同源重组（HR）修复即双链DNA中的一条链发生损伤，在DNA 进行复制时，由于该损伤部位不能成为模板，不能合成互补的DNA 链，所以产生缺口，而从原来DNA的对应部位切出相应的部分将缺口填满，从而产生完整无损的子代DNA的这种修复现象。 四、类别 ZFN、TALEN、CRISPR/Cas9是三大基因编辑技术，这三种编辑工具的共同点是：含有靶点DNA序列的识别区域及DNA剪切功能区域。 1.ZFN技术具有锌指结构域能够识别靶点DNA 2.TALEN的DNA识别区域是重复可变双残基的重复，DNA剪切 区域都是一种名为Fokl的核酸内切酶结构域 3.CRISPR的DNA识别区域是crRNA或向导RNA，Cas9蛋白负责 DNA的剪切 四、传统技术的优缺点 1.ZFN?的基因打靶效率能够达到30%左右，已经可以做到针对某 些特定的序列来设计ZFN实现靶基因的修饰，但也有其发展的 局限性，ZFN?的识别结构域中存在上下文依赖效应，使得?ZFN 设计和筛选效率大大降低，所以目前尚无法实现对任意一段序 列均可设计出满足要求的?ZFN，也无法实现在每一个基因或其 他功能性染色体区段都能够顺利找到适合的?ZFN作用位点，并 且在已经成功运用的?ZFN的报道中，大多数研究者并不公布 其?ZF?序列。所以，在?ZFN的筛选和设计方面还存在较大技术
基因工程思考题
《基因工程》思考题 第一章绪论 1. 简述基因操作、基因重组和基因工程的关系。 2. 为什么说基因工程是生物学和遗传学发展的必然产物？ 3. 简述基因的结构组成对基因操作的影响。 4. 谈谈你对gene的认识，并简要说说gene概念的演变过程. 5. 如何理解gene及其产物的共线性和非共线性？ 6. 试从理论和技术两个方面谈Gene Engineering诞生的基础. 第二章基因工程的基本原理与支撑技术 1. 试比较原核基因组与真核基因组的结构和功能特点 2. 试比较原核基因和真核基因表达调控的主要方式和特点 3. 分析比较琼脂糖凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳的异同点？ 4. 琼脂糖凝胶电泳中，简述影响DNA在凝胶中迁移速率的因素. 5. 小量制备质粒DNA，用质粒中特定的酶切发现切割不动，试分析可能原因及克服方法？ 6. 在基因操作实践中有哪些检测核酸和蛋白质分子量的常规方法？ 7. 印迹分子杂交有哪些种类，并说明在什么情况下需要使用这些方法。 8. 核酸分子的标记有哪些方法，各有何特点？ 9. 由mRNA反转录成cDNA和DNA的PCR扩增是两个完全不同的酶催化反应过程，如何将两个过程联系在一起，实现由mRNA起始扩增出DNA？ 10. Primer是PCR反应体系的四大要素之一，PCR的许多应用都是通过primer设计来实现的，请问primer设计的一般原则是什么？ 11. 在PCR反应的后期，或者循环次数过多时，反应体系中就会出现一种所谓的平台效应（Plateau effect），请问什么叫Plateau effect？产生Plateau effect的原因有哪些？ 12. 在对PCR产物进行电泳检测时，有时会出现拖带或非特异性扩增条带，请分析其原因？如果检测结果是看不到DNA带或DNA带很弱，那又是为什么？ 13. 通过双向蛋白质电泳发现某蛋白质与某植物的一种表型密切相关，若要利用编码该蛋白质的基因来转基因植物，试问如何分离得到该基因？ 14. 现有一序列已知的DNA片段和一序列未知的DNA片段，你分别如何设计测序策略？ 15. 设想一下在什么情况下你希望知道一个基因或一段DNA的序列？ 16. 什么叫有性PCR？有性PCR导致DNA重组的分子机制跟体内重组有何异同？ 17. Explain the PCR. List the steps in carrying it out; include all the components and special conditions, explaining why each one is used. Illustrate the process with appropriate labels. Use the correct scientific terminology in your explanation. 第三章基因工程操作的基本条件 1. 试指出影响限制性内切核酸酶（Restriction endonuclease）切割效率的因素. 2. 在酶切缓冲液中，一般需加入BSA，请问加入BSA的作用是什么？并简述其原理？ 3. 何谓Star activity？简述Star activity的影响因素及克服方法. 4. 某DNA序列中存在DpnI酶切位点，以此DNA为模板，在体外合成DNA序列，当用该酶进行酶切时，发现切割不动，试分析可能原因？
浅谈对转基因的看法
浅谈对转基因看法 转基因技术是现代生物技术的核心,运用转基因技术培育高产、优质、多抗、高效的新品种,能够降低农药、肥料投入,对缓解资源约束、保护生态环境、改善产品品质、拓展农业功能等具有重要作用.目前,世界许多国家把转基因生物技术作为支撑发展、引领未来的战略选择,转基因技术已成为各国抢占科技制高点和增强农业国际竞争力的战略重点. 我国是一个人口大国,解决十三亿人口的吃饭问题始终是头等大事.在工业化、城镇化快速发展的过程中,突破耕地、水等资源约束,保障国家粮食安全和农产品长期有效供给,归根结底要靠科技创新和应用.推进转基因技术研究与应用,是着眼于未来国际竞争和产业分工的重大发展战略,是确保国家粮食安全的必然要求和重要途径.经过多年努力,我国在重要基因发掘、转基因新品种培育及产业化应用等方面都取得了重大成果.当前我们必须认真实施好国家转基因生物新品种培育重大专项,努力抢占未来经济科技竞争制高点,加速转基因生物技术研究与应用健康发展,为我国农业可持续发展提供强有力的科技支撑. 同样是为了防治病虫害,同样是为了满足人类对食物的需求,化学农药和转基因作物却遇到了公众截然相反的态度.化学农药问世后,人们欢呼人类在同病虫害的斗争中取得胜利.转基因作物问世后,争议声却一直不绝于耳,公众始终充满疑虑. 公众最关心的是转基因食品的安全性,焦点集中在两个方面：转基因食品是否对人和哺乳动物有毒性?是否会引起过敏?事实是,在有关国际机构以及各国政府高度重视和严格监管下,转基因作物在全球大面积商业化种植13年来,从未发生安全性事故. 转基因食品尽管是个新鲜词,但“基因”一词已有100年历史,它由丹麦遗传学家约翰逊于1909年提出.基因能控制生物的性状,转基因就是把一种生物的基因转入到另外一种生物中,使被转入基因的生物产生人类需要的新性状.人类在文明进程中所做的作物品种选育,实质也属于“转基因”,目的是获得产量更高、品质更好的农作物,使其更符合人类的需求. 有人担心转基因食品的外源基因会跑进人体,进而改变人的基因.科学常识告诉我们,所有生物的所有基因都是由核酸组成的,进入胃肠后都要被消化、降解成小分子,不再是完整的基因,不会以基因的形态进入人体组织.我们每天食用的米饭、馒头、蔬菜、肉类等含有亿万个基因,有谁担心过这些基因对自己有害而不去吃饭? 转基因在争论中前行.转基因农作物自1996年在全球开始大规模种植以来,带来了巨大的经济效益和显着的社会与生态效益,其推广速度之快为近代农业科技史上所罕见.目前,美国市场上70%的食品中都含有转基因成分.据估计,全球有半数以上人口食用过转基因食品. 诚然,同任何新生事物一样,转基因不可能十全十美,10多年时间虽然没有出什么问题,但也不能说今后百分之百的没风险,这就注定转基因还要在争论中前行.公众对转基因食品的了解认识还需要一个过程,争论在时刻提醒科学家和政府,把转基因的安全性始终放在重要位置,趋利避害,防范风险,确保转基因技术造福人类
TALEN基因编辑技术
前言 转录激活样效应因子核酸酶（transcription activator-like effector nuclease, TALEN）技术与锌指核酸酶（Zinc-finger nuclease, ZFN）技术组成了一大类强有力的基因组编辑工具，这一大类技术的发展重新划定了生物学研究的边界。这些嵌合核酸酶由两部分组成——一个可编码的序列特异性DNA结合模块与一个非特异性的DNA切割结构域。通过诱导DNA双链断裂（DNA double-strand break）来刺激容易出错的非同源末端连接或在特定基因所在的位置进行的同源定向修复，TALEN和ZFN能够完成一系列遗传学编辑修饰操作。 成簇规律间隔短回文重复（clustered regulatoryinterspaced short palindromic repeat, CRISPR）技术是最新出现的一种基因组编辑工具，它能够完成RNA导向的DNA识别及编辑。与其它基因组编辑工具相比，CRISPR技术更易于操作，具有更强的可扩展性。 本文将以上述三种技术为例，介绍并探讨新一代位点特异性基因组工程技术的生物学原理、未来发展趋势，及其在遗传学研究领域的作用和潜在的医学应用前景。 一、TALEN技术 TAL效应因子（TAL effector, TALE）最初是在一种名为黄单胞菌（Xanthomonas sp.）的植物病原体中作为一种细菌感染植物的侵袭策略而被发现的。这些TALE 通过细菌 III类分泌系统（bacterial type III secretion system）被注入植物细胞中，通过靶定效应因子特异性的基因启动子来调节转录，来促进细菌的集落形成。由于TALE具有序列特异性结合能力，研究者通过将FokI核酸酶与一段人造TALE连接起来，形成了一类具有特异性基因组编辑功能的强大工具，即TALEN。 近年来， TALEN已广泛应用于酵母、动植物细胞等细胞水平基因组改造，以及拟南芥、果蝇、斑马鱼及小鼠等各类模式研究系统。2011年《自然·方法》（Nature Methods）将其列为年度技术，而2012年的《科学》（Science）则将TALEN技术列入了年度十大科技突破，针对该文的评论更是给予它基因组的巡航导弹技术的美誉。 1. TALEN结构及技术原理 1.1 TALEN的典型结构 如前文所述，典型的 TALEN由一个包含核定位信号（Nuclear localization signal, NLS）的N端结构域、一个包含可识别特定 DNA序列的典型串联TALE 重复序列的中央结构域，以及一个具有FokI核酸内切酶功能的C端结构域组成。不同类型的TALEN元件识别的特异性DNA 序列长度有很大区别。一般来说，天然的TALEN元件识别的特异性DNA序列长度一般为17-18bp；而人工TALEN元件识别的特异性DNA序列长度则一般为14-20bp。
基因编辑技术简介
基因编辑技术学习总结 CRISPR（Clustered regularly interspaced short palindromic repeats）是在细菌中发现的适应性免疫反应系统，能有效抵抗噬菌体等对细菌造成的损伤。这项机制被应用于基因编辑，是当前生物学的研究热点。 一、基因编辑技术的发展 基因编辑技术的发展可追溯到1968年I型限制性内切酶的发现，它可以识别DNA并随即剪切DNA，但由于不具有特异性而不能得到应用；1970年后具有识别特异性的Ⅱ型限制性内切酶被发现；1981年一种Ⅱ型限制性内切酶，FokI 在黄杆菌中被分离出来，成为了基因研究的重要工具。 FokI不同于一般的Ⅱ限制性内切酶（识别和剪切利用同一结构域，因而难以在保证剪切活性的条件下改变识别域），FokI的含有两个相对独立的结构域，N端为识别域，C端为剪切域；这种特性使得FokI可以通过对识别域的改造对DNA进行定点切割。在这种理论的基础上，发展出了ZFN——锌指核酸酶，TALEN ——转录激活样效应蛋白核酸酶；两种技术都是通过使能够识别DNA序列的蛋白与FokI相连实现基因的特异性切割，其不同在于锌指结构域通过约30个氨基酸对DNA三联体进行识别，而转录激活效应蛋白则是通过34个氨基酸组成的识别单体对不同核苷酸进行识别，因而TALEN的识别效率显著高于ZFN。然而它们都是利用利用蛋白进行DNA识别，并使用相同的剪切蛋白－FokI形成二聚体进行DNA剪切。 CRISPR的不同之处在于它利用RNA进行DNA识别，其识别效率优势显而易见；此外CRISPR技术不需要对识别域和限制性内切酶剪切域进行连接，因而设计简单，编辑高效。 CRISPR技术起源于1987年日本在细菌DNA中发现“重复－居间（spacer）－重复序列”，2002年命名为成簇规律性间隔短回文重复（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）并预测改基因序列与细菌获得性免疫有关，2007年其免疫功能得到证实，并最终于2012年成功运用于基因编辑。 蛋白质、RNA介导的DNA编辑技术都已取得成功。2014年，单链DNA引导的具有核酸内切酶活性的TtAgo蛋白在嗜热菌中被发现。这种DNA指导核酸内切酶是否可以应用于基因编辑技术，韩春雨团队发表文章，利用NgAgo蛋白实现了格DNA引导的基因组编辑，但其实验结果目前依然存在争议。
对转基因的理解和看法
暨南大学 本科生课程论文 论文题目：对转基因的理解和看法 学院：生命科学技术学院 学系：生态学系 专业：生态学 课程名称：生物安全___ 学生姓名：魏西诺 学号：2015053974
对转基因的理解和看法 生态学魏西诺 2015053974 1．生物安全与转基因 转基因涉及到了生物安全领域，一直以来都被人们所重视。在现代分子生物技术发展兴兴向荣的这个时代，许多不同功能的转基因生物被研发创造，其中有些转基因动植物和微生物在农业及医学领域得到了广泛的推广和应用，给生产带来了巨大的经济效益，对于改善人类的生活起到了显著的作用。 然而人们对转基因生物还是缺乏足够多的认识，对于他们的安全性还是有很大的担心，因此到目前为止有不少国内外的学者认为生物安全就是指“转基因生物对生态环境、生物多样性和人类健康的不利影响”。然而事实却并非如此，这种观点无疑是十分片面的，因为在事实上有很多事情都能够影响生物安全，而并非只有转基因生物，对于人类而言，生物安全不仅仅是指我们自身的安全，还应该包括地球上其他生物的安全。影响生物安全的因子是多方面的，除了对转基因生物的安全管理之外还需要包括：对外来入侵生物、影响食品质量安全的各类生物及非生物的控制和管理，因此这应该是一门研究影响生物安全主要因子的发生规律及其控制技术的科目。 人们对于转基因食品是否安全的担心，很大程度上阻碍了生物技术和转基因工程的发展。为了解决这一项困难，开展转基因生物安全性研究与评估是消除消费者心理压力的最佳途径之一。自从转基因问世以来，人们对它的疑问无非分为以下几种：转基因被释放到环境中后是否会对环境产生影响？抗虫植物体内的转基因因子是否会对人体产生毒害？是否会致癌？是否会干扰食用者的遗传基因？这些问题目前虽然尚未能被解答，但是科学家们正在通过对转基因生物安全的研究来使这些谜题逐渐浮出水面。 2．转基因的定义 转基因生物（genetically modified organism,GMO）是指遗传物质和结构经过转基因技术改造的生物。转基因生物包括转基因微生物、转基因植物、转基因动物等。基因是遗传的物质基础，是携带有遗传信息的核苷酸序列，是控制生物性状的基本遗传单位，通过指导蛋白质的合成来表达自己所携带的遗传信息，从而控制生物个体的性状表现。 随着转基因技术的发展，利用转基因技术定向改造生物的遗传特性，已经发展成为现代生物科学技术的核心研究之一，特别是人们可以将有利于生物自身或满足人类需要的特定外
基因编辑技术
生物学研究最具影响力技术：“基因编辑技术”大盘点 2014年10月29日，Nature杂志上发布了名为”Promoterless gene targeting without nucleases ameliorates haemophilia B in mice”的研究论文，据悉，该文章发布了一种超越CRISPR 的基因组编辑新技术，而CRISPR技术在今年被《Nature Methods》评为在过去十年中对生物学研究影响最深的十大技术之一。 新方法不需要内切酶在特异位点剪切DNA，也不需要使用启动子，大大降低了新基因自身插入到基因组中随机位置而引起癌症的机会。该技术使用一种常用的病毒——改良的腺相关病毒（AAV）。改良的病毒载体中，所有的病毒基因被删除，只保留了治疗基因。再利用同源重组，将目标基因插入，达到基因编辑的目的。 在了解这项新技术有点之后，有必要了解什么是基因编辑技术及基因编辑的三大利器：ZFN（锌指核酸酶）、TALEN（转录激活样效应因子核酸酶）和CRISPR/Cas9（成簇规律间隔短回文重复技术）。 基因编辑是近年来发展起来的可以对基因组完成精确修饰的一种技术，可完成基因定点InDel突变、敲入、多位点同时突变和小片段的删失等，可在基因组水平上进行精确的基因编辑。在科研领域，该技术可以快速构建模式动物，节约大量科研时间和经费；在农业领域，该技术可以人为改造基因序列，使之符合人们的要求，如改良水稻等粮食作物；在医辽领域，基因编辑技术可以更加准确、深入地了解疾病发病机理和探究基因功能，可以改造人的基因，达到基因治疗的目的等。因此，基因组编辑具有极其广泛的发展前景和应用价值。 ZFN、TALEN和CRISPR/Cas9是三大基因编辑技术，基因编辑技术本质上均是利用非同源末端链接途径（NHEJ）修复和同源重组（HR）修复，联合特异性DNA的靶向识别及核酸内切酶完成的DNA序列改变。因此，这三种编辑工具的共同点是：含有靶点DNA序列的识别区域及DNA剪切功能区域，其中ZFN技术具有锌指结构域能够识别靶点DNA，而TALEN的DNA识别区域是重复可变双残基的重复，DNA剪切区域都是一种名为Fokl的核酸内切酶结构域。CRISPR的DNA识别区域是crRNA或向导RNA，Cas9蛋白负责DNA的剪切。当DNA 结合域识别靶点DNA序列后，核酸内切酶或Cas9蛋白将DNA剪切，靶DNA双链断裂，再启动DNA损伤修复机制，实现基因敲除、插入等。 基因编辑技术优缺点： 1）ZFN 的基因打靶效率能够达到30%左右，已经可以做到针对某些特定的序列来设计
对转基因技术的态度
对转基因技术的态度 相信大家都在很多电影里看到过各种怪兽，它们长相怪异，个头巨大，几乎刀枪不如，有时候，它们成为人类的朋友，但更多时候，他们是人类的敌人，人们用各种现代化武器也难以消灭它们。电影很精彩，但是这些怪兽怎么出现的，有时候是外星物种，有时候则是一些变异，而这些变异有些就来自于某些科学家在做转基因研究是出现的失误。 目前市面上各种转基因蔬菜，水果，粮食等等，五花八门，但是又有另一种说法，转基因食品对健康有害，于是乎转基因食品与非转基因食品在超市的柜台上打起了擂台。但是转基因技术到底是好还是不好，这还是个值得商讨的问题。而我对转基因技术持一种不否认但是需要严肃考虑的态度。不是说转基因技术不好，但是它应该应用于哪些方面，应该怎样应用，这是需要严肃考虑的，不然很可能酿出滔天大祸。 说到转基因技术就不得不提到基因工程。基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。 很多人对转基因食品的印象一般都是巨大的个头，曾经在某植物园见过一次能结两万个辣椒的辣椒树，真的是树一般的存在，看起来着实有些吓人。人们对转基因的了解或许也仅仅从食品这些与我们的生活密切相关的东西上有些了解，但是转基因技术也不仅仅只在食品方面有应用。 目前，转基因作物正在脱下神话的外衣。美国科学家表示：转基因作物远没有当初想象的那么美妙，更没有转基因技术公司所承诺的那么神灵。美国国家科学院的报告用16年的实践事实和统计数据明确说明，长期种植转基因作物会给农业经济带来无法纠正弥补的副作用。随着超级杂草，超级虫的出现，很显然的表现出对于转基因技术过于冒进的使用，也会带来一定的灾难。随着世界人口的增长，原始的农业生产速度是在一定程度上逐渐跟不上人类对粮食的需求，于是研究转基因粮食的工作变得似乎很有必要。但是随着这项工作的发展，很多问题也在逐渐出现。 转基因技术是将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中，由于导入基因的表达，引起生物体的性状的可遗传的修饰，这一技术称之为转基因技术。转基因生物以植物、动物和微生物为多，其中植物是最普遍的。 目前，我国正在研究和开发的各种转基因生物物种已超过100种，涉及动物、植物、微生物基因200多个。我国至今还没有允许生产转基因食物，只是开始进口了大豆、玉米等几种转基因食物，进行加工，不允许种植。转基因的安全性目前还没有明确的定论。 从危害来看，转基因作物可能产生新的病毒疾病，转基因作物对非目标生物的危害，破坏生物多样性，转基因作物对生态系统及生态过程的影响。目前我们对转基因的危险有多大都还不能确定，就开始推广转基因显然是不行的，还有就是我国完全掌握的具有自主知识产权的品种有吗?有多少？要是推广他国掌握核心技术的品种，那我们还没有发言自主权，对粮食安全的威胁是可想而知的。有人不是说过“谁控制了粮食，谁就控制了全人类”。
浅谈基因编辑技术在农作物领域中的应用与问题探究
现代农业研究 近年来，农作物转基因技术得到了快速发展，将基因编辑技术应用在农作物育种上，能得到多个新的生物品种，尤其在玉米、大豆、棉花等农作物上有着较好应用。转基因技术的应用，一定程度推动了农业领域发展，但是还存在一定安全问题，要想充分利用作物转基因技术，还要注重基因编辑农作物的管理和检测，以便能发挥基因编辑技术在研发新品种上的作用，尽可能提高农作物营养价值。 1基因编辑技术在农作物领域的应用 1.1ZFN 技术 ZFN 主要负责识别和结合特定的核苷酸序列，将ZFN 技术应用到作物育种中，可对植物基因进行重新编辑。锌指核酸酶由锌脂蛋白和核酸酶结构域组成，其中核酸酶结构域对切割点不具有识别特异性，只有在二聚体情况下可使其具备酶活性。因此，需要对任一靶位点设置一对ZFN，以便形成核酸酶二聚体，从而进行DNA 链的切割。有研究学者采用该技术，替换掉烟草中乙酰乳酸酶基因的三个核苷酸点，进而得到抗除草剂的作物[1]。另外，将ZFN 技术应用在玉米作物 中，能合成磷酸酶基因，使得玉米具有抗除草剂性能，同时还能减少玉米中的肌醇六磷酸含量，提高了作物营养品质。尽管当前ZFN 技术在多种植物中取得较好运用，但是由于锌指单元对切割点识别性不高，因此在不同基因改造上的识别差异较大，限制了该技术的广泛使用。 1.2TALEN 技术 该技术是一种基于核苷酸的编辑技术，是由核酸内切酶和DNA 结构域共同组成的，其中DNA 结构域主要是由多个氨基酸序列构成的，重复序列能识别相应的碱基。TALEN 技术运用原理为：结合靶位点两端的序列设置一对TALEN，与识别位点结合后，两个核酸内切酶结合起到形成二聚体，在切割DNA 链后可完成基因编辑。有学者将该技术运用到水稻中，破坏了细菌性病原菌效应蛋白在作物基因组上的位点，进而提高了水稻抗百叶枯病。另外，在这一技术作用下，还能破坏水稻甜菜碱乙醛脱氢酶结合位点，能起到提高水稻品质的作用。而将该转基因技术运用到小麦育种中，能得到抗性较强的小麦，相对于传统育种技术来讲有 浅谈基因编辑技术在农作物领域中的 应用与问题探究 （威海海洋职业学院 264300） 【摘要】随着ZFN 、CPISPR/Cas9等基因编辑技术的发展和运用，大量基因编辑作物生产出来，这种背景下，基因编辑作物的检测及安全成为重点研究问题。本文主要围绕基因编辑技术在农作物领域的应用、针对基因编辑农作物的安全评价监管、基因编辑农作物的检测等方面展开讨论，具体分析了基因编辑技术在农业领域的应用现状，并以保障农作物食用安全为主，加强基因编辑作物有关问题的研究，促进农业领域良好发展。【关键词】基因编辑技术；农作物领域；应用分析 邹丹丹 Discussion on the Application and the Problem of the Gene Editing Technology in the Field of Crop Zou Dandan [Abstract]With the development and application of gene editing technology such as ZFN,CPISPR/Cas9,a large number of gene editing crops have been produced.Under this background,the detection and safe?ty of gene editing crops has become a key research issue.In this paper,the application of gene editing technology in agriculture was analyzed in detail,and the main purpose was to ensure the food safety of crops,to strengthen the research on related problems of gene editing crops,and to promote the good de?velopment of agricultural field. [Keywords]gene editing technology;crop field;application analysis （Weihai Marine V ocational College 264300） 农业经济
最新转基因工程复习题与答案
基因工程原理复习题思考题 1、基因工程的定义与特征。 2、试述基因工程的主要研究内容。 3、基因工程在食品工业上有何应用发展？ 4、转基因是一把双刃剑，请客观谈谈对转基因及转基因食品安全性的认识。 1、原核生物和真核生物的基因表达调控有何差别？ 2、什么是基因？根据基因的产物，基因可分为哪三类？ 3、引起核酸变性的因素主要有哪些？核酸变性后性质有何变化？ 4、DNA复性及其影响因素。 1，DNA凝胶电泳中核酸分子分离的机理。 2，DNA凝胶电泳中影响电泳迁移率的因素主要有哪些？ 3，PCR的原理和主要反应过程，并分析影响PCR扩增的影响因素。 4，PCR引物设计的原则，若给一指定DNA序列并需要通过PCR扩增此序列，如何设计扩增引物？ 5，定量PCR的原理？Ct值的含义。 6，分子杂交的类型主要有哪些？探针的标记方法与标记类型？常用的双链DNA的标记方法是哪两种？ 7，Southern杂交一般过程及影响杂交因素。 8，基因组文库的构建过程？如何确定文库的大小？ 9，基因文库的类型包括哪两种？各有什么特点？ 10，一般质粒DNA的构型有哪几种？在琼脂糖凝胶电泳中的有何特点？ 11，碱裂解法提取质粒DNA的原理，分析影响试验结果的各种可能因素。 12，电泳缓冲液使用一定时间后出现DNA在凝胶中跑不动现象的原因，有何解决办法？ 13，电泳的指示剂和染色剂有何区别，各自的作用是什么？ 1限制性核酸内切酶的类型，基因工程常用的是哪种限制性核酸内切酶？ 2什么是星活性，产生星活性的因素可能有哪些？ 3结合已做的实验，分析影响酶切的因素。 4限制性核酸内切酶命名规则及各字母代表的含义。 5简单叙述同尾酶和同裂酶的差别。 6连接酶主要有哪些类型？有何异同点？影响连接酶连接效果的因素主要有哪些？ 7试分析提高平端DNA连接效率的可能方法。 8基因工程中常用的DNA聚合酶主要有哪些？ 1、作为基因工程载体，其应具备哪些条件？ 2、质粒的不相容性及其分子机理。 3、载体的类型主要有哪些？在基因工程操作中如何选择载体？ 4、质粒转化原理，影响转化率的因素有哪些？ 5重组体分子的选择方法主要有哪些？并简单阐述其原理 1、基因的克隆方法主要有哪些？并阐述其克隆原理（至少3种，都是书上找的， 自选哈，建议必选DD RT-PCR和SSH，原因请看下题） 2、简单阐述差异显示PCR克隆基因的原理及其优缺点，有何应用？ 3抑制性差减杂交的原理与应用。
转基因技术研究综述
转基因技术研究综述 摘要：转基因技术是21世纪生物技术发展的热点之一。本文简要介绍了转基因技术及其应用情况，并对转基因技术的利、弊与发展前景做出了一定阐述。 关键词：转基因技术转基因动物转基因植物应用利弊关系 前言 转基因技术是生命科学前沿的重要领域之一。自从人类耕种作物以来，我们的祖先就从未停止过对作物的遗传改良。过去的几千年里农作物改良的方式主要是对自然突变产生的优良基因和重组体的选择和利用，通过随机和自然的方式来积累优良基因。遗传学创立后近百年的动植物育种则是采用人工杂交的方法，进行优良基因的重组和外源基因的导入而实现遗传改良。因此，可以认为转基因技术与传统技术是一脉相承的，其本质都是通过获得优良基因进行遗传改良。但在基因转移的范围和效率上，转基因技术与传统育种技术有两点重要区别：第一，传统技术一般只能在生物种内个体间实现基因转移，而转基因技术所转移的基因则不受生物体间亲缘关系的限制。第二，传统的杂交和选择技术一般是在生物个体水平上进行，操作对象是整个基因组，所转移的是大量的基因，不可能准确地对某个基因进行操作和选择，对后代的表现预见性较差。而转基因技术所操作和转移的一般是经过明确定义的基因，功能清楚，后代表现可准确预期。因此，转基因技术是对传统技术的发展和补充。将两者紧密结合，可相得益彰，大大地提高动植物品种改良的效率。 转基因技术介绍 转基因技术是指将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中，由于导入基因的表达，从而使生物体的遗传性状发生改变的技术。人们常说的“遗传工程”、“基因工程”、“遗传转化”均为转基因的同义词。经转基因技术修饰的生物体在媒体上常被称为“遗传修饰过的生物体”。转基因技术可分为转基因植物技术与转基因动物技术两大分支： 1、转基因植物技术 转基因植物是指利用重组DNA技术将克隆的优良目的基因整合到植物的基因组中，并使其得以表达，从而获得的具有新的遗传性状的植物。自1983 年世界第一例转基因植物——烟草问世以来，仅20多年的时间，转基因植物的研究和应用就已经得到了迅猛的发展，至今国际上已有30个国家批准数千例转基因植物进入田间试验，涉及的植物种类有50多种。常见的转基因植物技术有： （1）农杆菌介导转化法。农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌，它能在自然条件下趋化性地感染大多数双子叶植物的受伤部位，并诱导产生冠瘿瘤或发状根。根癌农杆菌和发根农杆菌的细胞中分别含有Ti质粒和Ri质粒，其上有一段T-DNA，农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后，可将T-DNA插入到植物基因组中。因此，农杆菌是一种天然的植物遗传转化体系。人们将目的基因插入到经过改造的T-DNA区，借助农杆菌的感染实现外源基因向植物细胞的转移与整合，然后通过细胞和组织培养技术，再生出转基因植株。农杆菌介导法起初只被用于双子叶植物中，近年来，农杆菌介导转化在一些单子叶植物(尤其是水稻)中也得到了广泛应用。 （2）基因枪介导转化法。利用火药爆炸或高压气体加速(这一加速设备被称为基因枪) ，将包裹了带目的基因的DNA溶液的高速微弹直接送入完整的植物组织和细胞中，然后通过细胞和组织培养技术，再生出植株，选出其中转基因阳性植株即为转基因植株。与农杆菌转化相比，基因枪法转化的一个主要优点是不受受体植物范围的限制。而且其载体质粒
比较基因编辑技术
比较基因编辑技术（NgAgo-gDNA）和（CRISPR-Cas9）的原理，并阐述二者在分子遗传学中的应用或前景 CRISPR-Cas系统[Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR)& CRISPR-associated genes (Cas) ]：一个有效的CＲISPＲ/Cas系统包括3个部分: CＲISPＲ位点上游的前导序列，由高度保守的重复序列(repeat)和各不相同的间隔序列(spacer)有规则排列的CＲISPＲ簇及Cas基因。CＲISPＲ位点上游存在一段( A + T) 富集的前导序列，其在CＲISPＲ/Cas系统转录过程中起启动子的作用。CＲISPＲ－Cas系统能够将短序列的外源基因整合到CＲISP Ｒ的2个重复序列中，当有外源基因入侵时，间隔序列转录并加工成非编码ＲNA与特异的Cas蛋白组成复合物，结合并剪切与之匹配的外源基因。Cas9蛋白中含有的结构域，包括核酸内切酶核酸外切酶解旋酶聚合酶和ＲNA结合蛋白，Cas蛋白参与CＲISPＲ的转录加工等过程。 作用机制： （1）新的间隔序列的获取：间隔序列的获取大概分成3个步骤: 对入侵核酸的识别和扫描，寻找潜在的PAM( protospacer adjacent motifs) 序列并通过PAM序列来决定间隔序列前体( protospacer) 的具体位置;通过对入侵核酸中所决定的间隔序列前体的切割产生新的间隔序列; 将间隔序列插入靠近CＲISPＲ引导序列的2个重复序列之间 （2）CＲISPＲ系统的表达：整合后的间隔序列首先被转录为蛋白结合形成CＲISPＲ相关核糖核蛋白复合物( CＲISPＲ－associated ribonucleo protein complexes) ，通过扫描外源基因的PAM序列，crＲNA与外源基因的相应靶位碱基互补配对结合，最后复合物所含的核酸酶将外源DNA降解。 （3）基因的敲除或敲入：CＲISPＲ/Cas系统对外源基因的切割和降解，需要crＲNA和tracrＲNA 介导tracrＲNA 的5'端序列和crＲNA的3'端保守序列通过碱基互补配对形成一个杂交的分子，这个杂交的分子通过其特殊的空间结构和Cas9相互结合形成一个蛋白－ＲNA复合物，该复合物通过crＲNA的5' 端特异性的20个碱基与靶标基因相结合，从而指引Cas9的2个内切酶活性中心切断双链的DNA，造成双链断裂。
一口气告诉你,基因编辑技术的“前世今生”
一口气告诉你，基因编辑技术的“前世今生” （作者：吴剑锋，厦门大学生命科学学院博士，科普中国微平台原创首发）DNA是绝大部分生物的遗传信息的储存介质，由腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）四种核苷酸组成，并且严格遵守A-T,C-G的碱基互补配对原则，DNA链上这四种核苷酸的排列信息就是生物体的主要遗传信息。基因是控制生物性状的基本遗传单位，即一段携带特定遗传信息的DNA序列，主要通过翻译出对 应的效用蛋白发挥功能。图1. DNA的结构示意图（图 片来自网络）基因异常往往导致各种疾病的发生：如在超过50%的人类肿瘤中都能检测到编码p53蛋白的基因的 突变（丧失活性）；Rag1等基因的突变会导致重症联合免疫缺陷，患儿终生不能接触外界空气，只能终生生活在隔绝容器内（图2）。图2. 终生生活在隔离容器内的美国男孩大卫·维特（图片来自网络）什么是基因编辑技术？ 基因编辑技术是指特异性改变目标基因序列的技术。目前主要的基因编辑技术都是基于如下原理发展而来的：在细胞内利用外源切割复合体特异性识别并切割目的基因序列，在目的基因序列上制造断裂端，这种断裂端随即会被细胞内部的DNA损伤修复系统修复，重新连接起来。在此修复过程中，当有修复模板存在时，细胞会以修复模板为标准进行修复，
从而实现对基因序列的特异性改变，即基因编辑（图3）。图3 基因编辑技术的基本原理示意图要实现基因编辑，外源切割复合体必须满足两个条件：① 切割复合体必须可以特异性地识别和结合至目的基因DNA序列上，这是各种基因编辑技术的主要差异所在，也是发展基因编辑技术的最大困难所在；② 切割复合体必须具有切割DNA，制造断裂端的功能；基因编辑技术的简要发展历史 自1953年沃森和克里克两位科学家提出DNA的双螺旋结构以来，人们一直都在积极探索着高效便利的基因编辑技术：上世纪80年代，科学家在小鼠胚胎干细胞中通过基因打靶技术实现了基因编辑（2007年诺贝尔生理医学奖），但此技术在其余细胞内效率极低，应用受到了极大的限制；上世纪90年代，基于细胞内不同锌指蛋白可特异性识别DNA 上3联碱基的特征以及核酸酶FokI二聚化后可以切割DNA 的特点，人们通过锌指蛋白偶联Fokl的策略逐渐发展出了一种新的基因编辑技术--锌指蛋白核酸酶技术（Zinc Finger Nucleases, ZFNs）。但此技术专利被公司垄断，且锌指蛋白数量有限，可以识别的DNA序列数量有限，其应用也受到了很大的限制。随后，基于改造后的植物病原菌中黄单胞菌属的TAL蛋白可以特异性识别DNA中一个碱基的特性，人们又发展出了新的基因组编辑技术--转录激活样因子核酸酶技术（Transcription activator-like effector nucleases,
你是如何看待转基因技术的安全性问题
你是如何看待转基因技术的安全性问题 摘要：随着社会的发展，转基因技术正以日新月异的速度迅猛发展，逐渐走入人们的生活，基因技术的产生使人类的生活发生了巨大的变化，由基因技术带来的转基因生物及其产品也越来越多地融入到了人们的生活之中，但是人们对于转基因生物及其产品是否存在潜在风险尚无定论，有人说转基因生物及其产品是安全无害的，可以放心的食用。但有的人却持相反的观点，认为转基因神武及产品对人是有害的，不能食用。故转基因生物及其产品的安全性成为全球的热点问题，并引起世界各国政府的高度重视。 关键词：转基因安全健康 正文：转基因技术是作为生命科学的前沿技术之一，转基因技术的理论基础来源于进化论衍生来的分子生物学，基因片段的来源可以是提取特定生物体的基因组中所需要的目的基因，也可以是人工合成指定序列的DNA片段。DNA片段被转入特定生物中，与其本身的基因组进行重组，再从重组体中进行数代的人工选育，从而获得具有稳定表现特定的遗传性状的个体。该技术可以使重组生物增加人们所期望的新性状，培育出新品种。随着现代生物技术的迅猛发展，也取得了令人瞩目的成就，推动着科学的进步，促进着经济的发展，改变着人类的生活与思维，影响着人类社会的发展进程，同时它也是21世纪高新技术革命的核心内容，具有巨大的经济效益和现实的与潜在的生产力。作为现代生物技术中最具代表性的科学技术的一转基因技术，如今更是渐渐地走进普通人家的生活，然而随着转基因技术的发展，很多人对它的安全性提出了质疑。 而我认为这种转基因技术是安全的。一方面，我国曾经获得了抗虫害转基因水稻的安全证书，有人曾提出对其安全性的质疑，但是对于抗虫害转基因水稻用的那种生物毒素（简称Bt蛋白）本身其实是没有毒的，只有在昆虫肠道碱性环境下才能加工成有毒的蛋白，而且毒素蛋白要和昆虫肠道细胞表面上的受体相结合，才会让昆虫中毒。但是这种情况不可能发生在人身上。这有几方面的原因。我们在吃食物时一般是要加热、煮熟才吃的，Bt蛋白是一种蛋白质，蛋白质加热后会变性，实验表明，Bt蛋白在60摄氏度的水中煮一分钟就失去活性。即使是生吃也没有关系，Bt蛋白只有在昆虫肠道碱性环境下才能加工成有毒的蛋白，而人的胃环境是酸性的，并且人的肠道细胞表面不含有毒素蛋白的受体，因此不会中毒。被人吃下去的Bt蛋白，会像其他蛋白质一样被消化、分解掉。 然而美国使用Bt蛋白做为生物农药已有几十年的历史，大面积种植含Bt基因的抗虫害转基因作物也已有十几年的历史，迄今未发现一例人畜因吃这种作物中毒的。用老鼠和绵羊做的实验也表明吃Bt蛋白不会影响哺乳动物的身体健康。此外，获批准的这种抗虫害转基因水稻，Bt蛋白主要出现在茎、叶中，胚乳（人食用的部分）中几乎没有，即使对Bt 蛋白的安全性有疑虑，也可放心食用。从这个意义上说，转基因食品也比非转基因食品更安全。 另一方面，2000年在美国曾发现转基因玉米被快餐店用于制作玉米片、炸玉米卷，引起全国性回收，商家损失惨重，曾经轰动一时。有28