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基因靶向
鎖定
基因靶向(英語:gene targeting,又稱為基因打靶)是一種利用同源重組方法改變生物體某一內源基因的遺傳學技術。這一技術可以用於刪除某一基因、去除外顯子或導入點突變,從而可以對此基因的功能進行研究。基因打靶的效果可以是持續的,也可以是條件化的。例如,條件可以是生物體發育或整個生命過程中的一個特定時刻,或將效應限制在某一特定組織中。基因打靶的優點在於可以應用於任何基因,無需考慮其大小和轉錄活性。
2013年10月和11月分別獲得世界首例經過CRISPR/Cas9基因靶向修飾及TALENs基因靶向修飾的兩隻小猴。
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- 中文名
- 基因靶向
- 外文名
- gene targeting
- 又 稱
- 基因打靶
- 篩 選
- 用選擇培養基篩選已擊中的細胞
- 屬 性
- 遺傳學技術
- 優 點
- 可以應用於任何基因,無需考慮其大小和轉錄活性
基因靶向技術介紹
基因靶向技術發展
基因打靶技術是從20世紀80年代發展起來的,是建立在對同源重組不斷了解的基礎之上。首先是以酵母這種較為簡單的真核模式生物為基礎,來對相關技術進行研究。隨着外源DNA導入酵母細胞方法的建立、標記基因有效選擇的利用、同源重組轉化子篩選系統的建立、載體同源序列DNA(靶標)雙鏈斷裂提高同源重組效率的利用,使得基因打靶技術逐漸成熟起來。而對於哺乳動物細胞,由於其基因組比酵母細胞要大且複雜,基因打靶的成功率很低。因此要將基因打靶技術應用於哺乳動物,還需要新的策略。1989年,利用胚胎幹細胞,美國科學家馬里奧·卡佩奇和奧利弗·史密斯與英國科學家馬丁·埃文斯,將基因打靶技術成功地應用於小鼠;他們也因此獲得了2007年諾貝爾生理學與醫學獎。
2013年3月,雲南中科靈長類生物醫學重點實驗室、中科院昆明動物研究所、南京醫科大學、南京大學、同濟大學等多家單位合作,利用目前世界最新的基因組編輯技術CRISPR/Cas9和TALENs實現獼猴和食蟹猴兩個物種的靶向基因修飾,同年10月和11月分別獲得世界首例經過CRISPR/Cas9基因靶向修飾及TALENs基因靶向修飾的兩隻小猴。
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基因靶向原理方法
對於不同的生物體,所使用的基因打靶的方法也不用。對於小鼠來説,大致的流程如下:
從小鼠胚胎上提取幹細胞;
同時,構建靶載體,靶載體中含有與靶基因同源的DNA片段;
將靶載體轉染到幹細胞中;
將篩選後獲得的含有靶載體的幹細胞進行擴增;
將含有靶載體的幹細胞注入小鼠胚胎;
修改後的方法還可用於其他哺乳動物,如牛、羊、豬等。
基因靶向事例
“基因靶向”技術利用胚胎幹細胞改造老鼠體內的特定基因。在“基因靶向”技術的幫助下,科學家可以使實驗鼠體內的一些“不活躍”基因失去作用,從而發現這些基因的實際功能。科學家希望藉此發現人類一些疑難雜症在分子水平上的發病原因,並最終找到治療途徑。目前,“基因靶向”已被應用於對囊腫性纖維化、心臟病、糖尿病、阿爾茨海默症和癌症的研究。
在公報中,諾貝爾獎評審委員會指出,“基因靶向”的應用為人類的胚胎髮育以及人類對抗衰老和疾病帶來了希望。“在老鼠體內進行的‘基因靶向’已經滲透到生物醫學的各個領域。在未來許多年內,它將繼續幫助人類理解基因功能,繼續造福人類。”公報中這樣寫道。 2007年度諾貝爾獎評選活動於8日在瑞典首都斯德哥爾摩拉開帷幕。瑞典卡羅林斯卡醫學院當日宣佈,將2007年度諾貝爾獎首個獎項——諾貝爾生理學/醫學獎授予美國人馬里奧·卡佩基、奧利弗·史密斯和英國人馬丁·埃文斯 ,以表彰他們在幹細胞研究方面尤其是“基因靶向”技術的發明方面所作的貢獻。
“基因靶向”的技術也已經運用到醫學以及化妝品領域中。
基因靶向基因敲除
基因靶向實驗步驟
構建重組基因載體
絕大多數的基因敲除策略都是基於同源重組的機制,其基因載體包括載體骨架、靶基因同源序列和突變序列及選擇性標記基因等非同源序列,其中同源序列是影響同源重組效率的關鍵因素。
用電穿孔顯微注射方法
同源重組
基因重組時以載體的同源序列取代染色體靶位序列,實現載體DNA同源目的序列與染色體靶位點的同源重組。
篩選
用選擇培養基篩選已擊中的細胞。
表現型研究研究
基因靶向RNAi引起
- 參考資料
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- 1. 中國科學家獲得世界首例經過基因靶向修飾的小猴 .中國網[引用日期2014-02-26]