CRISPR/Cas系統：RNA靶向的基因組定向編輯新技術

李君，張毅，陳坤玲，等

摘要：CRISPR/Cas系統廣泛存在于細菌及古生菌中，是機體長期進化形成的RNA指導的降解入侵病毒或噬菌體DNA的適應性免疫系統。對 Ⅱ 型CRISPR/Cas系統的改造使其成為繼鋅指核酸酶（ZFNs）和TALE核酸酶（TALENs）以來的另一種對基因組進行高效定點修飾的新技術，與ZFNs和TALENs相比，CRISPR/Cas系統更簡單，并且更容易操作。文章重點介紹了Ⅱ型CRISPR/Cas系統的基本結構、作用原理及這一技術在基因組定點修飾中的應用，剖析了該技術可能存在的問題，展望了CRISPR/Cas系統的應用前景，為開展這一領域的研究工作提供參考。在現代生物學研究中，基因組編輯（genome editing）技術是人們了解特定基因功能的基礎。隨著越來越多物種全基因組測序的完成，科學家們面臨的一個挑戰(zhàn)就是如何從海量的數據中獲得基因功能和應用信息，基因組的定點編輯技術是實現這個目標的重要研究工具，為此也被《Science》評為2012年十大重要科學進展之一。近年來興起的基因組定點編輯技術包括以下幾種人工核酸酶：鋅指核酸酶（zinc-finger nucleases，ZFNs），TALE核酸酶（transcription activator like effector nucleases，TALENs），以及近一年來興起的一項新技術——CRISPR/Cas系統（CRISPR/Cas system）。這些人工核酸酶都可以在DNA靶位點產生DNA雙鏈斷裂（double strand breaks，DSBs），它們對基因組定點編輯是通過控制DNA的修復途徑實現的，DNA損傷后產生的 DSBs激活細胞內固有的非同源末端連接（nonhomologous ending-joining，NHEJ）或同源重組（homologous recombination，HR）兩種不同的修復機制對損傷的DNA進行修復，從而實現對基因組的定點編輯。

來源出版物：遺傳， 2013， 35(11)： 1265-1273

入選年份：2016

基于密度泛函理論方法的核酸堿基拉曼光譜研究

吳雷，李菲，金周雨，等

摘要：核酸是重要的生物大分子之一，在生命活動中起著至關重要的作用，作為遺傳信息的載體，參與遺傳信息在細胞內的傳遞和表達，從而促進并控制代謝過程的進行。核酸堿基是核酸分子的重要組成部分，它的一些化學反應，例如鹵代、脫氮、氧加成、烷基化和氰基化等反應是核酸儲存信息和傳遞信息的基礎，也是生物體遺傳、進化和變異的根本原因，所以研究核酸堿基分子的一些性質對于研究生物體的行為以及生物活性等具有重要的意義。拉曼光譜是一種指紋光譜，一直是鑒別物質和分析物質結構的重要方法，具有快速、無損傷的檢測特點，已應用于在線檢測的研究中拉曼光譜技術的發(fā)展，克服了紅外光譜中水分子強吸收的干擾及空間分辨率低的問題，成為生命科學及醫(yī)學研究領域強有力的研究手段而被廣泛使用。目前很多科研人員選擇拉曼光譜作為主要技術手段研究核酸堿基以及核酸堿基的同系物，為進一步研究核酸分子的結構變化以及分析核酸分子在生物體行使活性行為過程中所起的作用提供了大量的實驗數據和直接證據。密度泛函理論（density functional theory，DFT）是利用電子密度泛函取代波函數來研究、描述化學體系的性質、結構以及能量等的一種計算化學方法，由于DFT計算結果精確、計算方法簡便，常常被用來從理論上計算和預測已知構象的分子振動光譜，能夠獲得分子的幾何結構、化學鍵性質、振動能級等方面的信息。通過對腺嘌呤、胞嘧啶、鳥嘌呤、胸腺嘧啶和尿嘧啶等進行了拉曼光譜的研究，并且利用DFT方法優(yōu)化腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶的分子結構，然后對這5種核酸堿基的分子內化學鍵振動進行了量化計算，利用獲得的結果對5種堿基的拉曼譜峰進行了指征，為以后進一步利用拉曼光譜研究核酸分子的結構信息奠定了理論基礎。

來源出版物：生物化學與生物物理進展， 2016， 43(3)：281-290

入選年份：2016

尼羅羅非魚ghrelin基因的多態(tài)性及其與生長性狀相關SNP位點的篩選

王春曉，盧邁新，高風英，等

摘要：尼羅羅非魚吉富品系（Oreoehromis niloticus，GIFT strain）是由4個亞洲養(yǎng)殖尼羅羅非魚品系和4個非洲原產地的尼羅羅非魚品系進行混合選育獲得的優(yōu)良品系，其生長速度顯著高于其他羅非魚養(yǎng)殖品種，是我國目前養(yǎng)殖區(qū)域分布最廣的羅非魚品種，具有重要的經濟價值。為了研究尼羅羅非魚（Oreoehromis niloticus）生長激素促分泌素基因（ghrelin）的多態(tài)性及其與生長的相關性，研究以2個尼羅羅非魚群體（快長群體和基礎群體）的DNA樣本各40份為模板，通過PCR擴增和測序獲得ghrelin基因序列。通過Dnasp v5和MEGA 5.0分析序列多態(tài)性、篩選有效 SNP位點；采用 Snapshot法對2個群體子代ghrelin基因中SNP位點進行基因分型，然后分析SNP位點基因型與生長性狀的相關性。結果表明，快長群體ghrelin基因中的單核苷酸變異位點數（S）比基礎群體要少，而核苷酸多態(tài)性（Pi）和平均核苷酸差異數（K）要略高于基礎群體。共篩得 3個有效SNP位點（S1、S2和S3），均分布于第1個內含子中。遺傳結構分析表明，3個SNP位點在2個群體的子代中均為低度多態(tài)性位點（PIC＜0.25），但處于 Hardy-Weinberg平衡（P＞0.05）；快長群體子代中3個SNP位點的觀測雜合度、期望雜合度和多態(tài)信息含量等遺傳多樣性參數均小于基礎群體子代的相應值，3個SNP位點的遺傳多樣性參數、基因型和基因頻率在同一群體中高度一致，SNP位點之間完全連鎖。2個群體子代中3個SNP位點處的優(yōu)勢基因型相同，但快長群體子代中優(yōu)勢基因型頻率要明顯大于基礎群體子代中相應基因型頻率。對2個群體子代的生長性狀與SNP基因型進行關聯性分析的結果表明，尼羅羅非魚個體的多項生長指標（體重、體長、體高、頭長和尾柄高等）在不同基因型中存在顯著差異（S1：GG＞AG，S2：T＞AT，S3：AA＞AT）（P＜0.05）。D1雙倍型（S1：GG，S2：T，S3：AA）所對應的尼羅羅非魚個體的多項生長指標（體重、體長、體高、頭長和尾柄高等）顯著高于 D2雙倍型（S1：AG，S2：AT，S3：AT）。以上結果表明，尼羅羅非魚ghrelin基因3個SNP位點完全連鎖，D1雙倍型與快長性狀密切相關，可作為尼羅羅非魚分子標記輔助育種的候選標記。

來源出版物：水生生物學報， 2016， 40(1)： 50-57

入選年份：2016

LncRNA作為ceRNA調控腫瘤的發(fā)生發(fā)展

連瑜，李夏雨，唐艷艷，等

摘要：DNA元件百科全書（encyclopedia of DNA elements，ENCODE）計劃的最新研究成果表明，人類基因組中 90%以上的序列是可以轉錄的，但只有 1%～2%的序列用于編碼蛋白質，人類基因組轉錄的序列中絕大部分為長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）。相對于蛋白質編碼基因以及小分子RNA（如miRNA等），lncRNA的數量更多，調控基因表達的模式更加多樣和廣泛?，F有研究結果表明，lncRNA可通過RNA與蛋白質相互作用、RNA與DNA相互作用、RNA與RNA相互作用等多種相互作用方式從表觀遺傳的修飾、轉錄及轉錄后等多個層面調控基因的表達。目前，人類基因組中已經被克隆和鑒定的lncRNA基因多達5萬多個，但到目前為止只有很少部分lncRNA的生物學功能得到了實驗驗證，盡管研究較少，這些已報道的lncRNA在惡性腫瘤等人類疾病的治療和診斷中有著重要的潛在應用前景。近年來越來越多的證據表明，lncRNA與miRNA及其下游靶基因之間的相互調控模式與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關，已成為腫瘤研究領域的一大熱點。miRNA作為一個轉錄后調控的重要因子，其活性可被lncRNA通過“海綿”吸附的方式調控，此類 lncRNA又被稱為競爭性內源 RNA（competing endogenous RNA，ceRNA）。lncRNA作為ceRNA競爭性地與miRNA結合，從而調節(jié)編碼基因的蛋白質水平，參與調控細胞的生物學行為。然而對于在腫瘤中發(fā)揮ceRNA功能的lncRNA目前仍知之甚少。本文將討論lncRNA→miRNA→mRNA調控網絡這一新的基因調控模式，綜述它們是如何通過相互作用參與基因的轉錄后調控。

來源出版物：生物化學與生物物理進展， 2016， 43(3)：219-225

入選年份：2016

原鈣粘蛋白基因簇調控區(qū)域中成簇的CTCF結合位點分析

翟亞男，許泉，郭亞，等

摘要：哺乳動物中原鈣粘蛋白（Protocadherin，Pcdh）基因簇包含 50多個串聯排列的基因，這些基因形成3個緊密相連的基因簇（Pcdhα、Pcdhβ和Pcdhγ），所編碼的原鈣粘蛋白質群在神經元多樣性（neuronal diversity）和單細胞特異性（singlecell identity）以及神經突觸信號轉導中發(fā)揮重要作用。前期的工作已證實轉錄因子CTCF（CCCTC-binding factor）與CTCF結合位點（CTCF-binding site，CBS）的方向性結合能夠決定增強子和啟動子環(huán)化的方向以及其遠距離交互作用的特異性，并進一步在Pcdh基因座（Loeus）形成2個（Pcdhα和Pcdhγ）染色質拓撲結構域（CTCF/cohesin-mediated chromatin domain，CCD），而且染色質拓撲結構域對于控制基因表達調控至關重要。本文通過生物信息學方法對比人類和小鼠序列，發(fā)現Pcdhβγ染色質拓撲結構域調控區(qū)域中的DNase I超敏位點（DNase I hypersensitive sites，HSs）較為保守。染色質免疫沉淀及大規(guī)模測序實驗（Chromatin immunoprecipitation and massive parallel sequencing，ChIP-Seq）揭示 CBS位點在Pcdhβγ調控區(qū)域中成簇分布并且具有相同的方向。凝膠電泳遷移實驗（electrophoresis mobility shift assay，EMSA）確定Pcdhβγ調控區(qū)域內具體的42 bp CBS位點并且發(fā)現一個CTCF峰包含2個CBS位點。在全基因組范圍內，運用計算生物學方法分析CTCF和增強子、啟動子等調控元件的關系，發(fā)現CBS位點在調控元件附近有較多分布，推測CTCF通過介導增強子和啟動子的特異性交互作用，在細胞核三維基因組內形成活性轉錄樞紐調控基因精準表達。

來源出版物：遺傳， 2016， 38(4)： 323-336

入選年份：2016