中国学者综述：基因组编辑技术及其在昆虫研究中的应用

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　　生物通报道：基因组编辑技术是进行功能基因组研究的重要工具。锌指核酸酶技术(ZFNs)、类转录激活因子核酸酶技术(TALENs)以及CRISPR/Cas技术是近年来发展起来的3种主流基因组编辑技术。在《中国科学：生命科学》的这期“中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所专辑”中，几位学者总结概括了基因组编辑技术在昆虫研究中的应用。

　　近年来, 高通量测序技术不断成熟, 测序成本越来越低, 目前已经有超过2万个基因组测序项目完成. 然而, 对于新物种基因组功能的研究的速度却大大滞后. 对物种基因组的研究离不开基因组编辑技术体系, 目前, 除了常见的模式生物以外, 对于一般非模式生物而言都缺少高效的基因组编辑技术手段, 这严重阻碍了对于非模式生物的研究.

　　对于模式生物而言, 现有的技术体系也存在局限. 例如, 依赖于转座子元件遗传操作技术体系不可避免地将转座子元件带入到所研究生物的基因组中, 而基于病毒的遗传操作技术体系在医学研究中存在安全隐患. 噬菌体来源的整合酶系统, 如同源重组酶(recom- binase)、整合酶(integrase)、转化酶(invertase)等, 有严格的序列识别特异性, 并且难以实施工程化改造; 依赖于噬菌体来源的同源重组酶及整合酶来实施同源重组的遗传操作方法也存在诸多限制. 因此, 发展新的基因组编辑技术成为一项紧迫的任务.

　　锌指核酸酶技术(ZFNs)、类转录激活因子核酸酶技术(TALENs)以及CRISPR/Cas技术是近年来发展起来的3种主流基因组编辑技术. 这3种基因组编辑技术的原理都是通过在生物基因组特定位点制造DNA断裂损伤, 从而激活机体自身的DNA损伤修复机制, 在此过程中引发各种变异. ZFNs是最早发展的通用基因组编辑技术, 可用以实施定点敲除和定点敲入变异, 但ZFNs技术的发展受限于构建难度大、成本高等缺点. TALENs技术在ZFNs基础上发展而来, 较ZFNs技术而言, TALENs技术具备构建灵活度高、成本低等优势. 不同于ZFNs与TALENs技术, CRISPR/Cas技术具有独特的DNA靶向机制, 这种机制使其非常适合进行多位点编辑.

　　目前, 3种技术都在多种物种中成功测试, 例如小鼠、斑马鱼、果蝇、线虫和家蚕. 在后基因组时代, 这些新技术工具必将在未来功能基因组研究中发挥重大作用.

　　作者指出，ZFNs, TALENs和CRISPR/Cas系统都是高效的基因组编辑技术体系, 3 种技术目前都已发展成熟并且都在多种物种中成功测试，在未来具有重要的发展前景. 这些新技术的发展与成熟, 为今后进行功能基因组研究奠定了坚实基础。