借助特異性DNA雙鏈斷裂(Double-strand Breaks, DSBs)激活細胞天然的修復機制,包括非同源末端連接(Non-homologous End Joining, NHEJ)和同源重組修復(Homologous Recombination, HR)兩條機制。
NHEJ修復機制:斷裂的DNA修復重連的過程會發生堿基隨機的插入或丟失,造成移碼突變使基因失活,實現目的基因敲除。如果一個外源性供體基因序列存在,NHEJ機制會將其連入雙鏈斷裂DSB位點,從而實現定點的基因敲入。
HR修復機制:在一個帶有同源臂的重組供體存在的情況下,供體中的外源目的基因會通過同源重組過程完整地整合到靶位點,不會出現隨機的堿基插入或丟失。如果在一個基因兩側同時產生DSB,在一個同源供體存在的情況下,可以進行原基因的替換。
基本技術:
CRISPR-Cas9技術是目前在科研、醫療領域中最有效、最便捷的基因編輯工具。
• 基因敲除:基因上產生DSB,在非同源末端連接修復過程中會產生DNA的插入或刪除,從而造成移碼突變。
• 突變引入:用含有特異突變的同源模板,位點產生DSB提高重組效率,從而實現特異突變的引入。
• 定點轉基因:同源模板中加入轉基因,在DSB修復過程中拷貝至基因組中,從而實現定點轉基因。
主要特點:
• sgRNA構建容易,操作簡單,靶向精確性高
• 基因修飾率高,基因調控方式多樣,例如敲除、插入、抑制、激活等
• 可對基因組精確定位和改造
• 可實現對靶基因多個位點同時敲除
• 無物種限制
• 成本低,效率高,實驗周期短
• 基因功能研究
• 基因治療
• 構建模式動物
• 改造和培育新品種