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talens

TALENs(transcription activator-like (TAL) effector nucleases)的中文名為轉錄激活因子樣效應物核酸酶，是基因組編輯核酸酶三大類之一。它是實現基因敲除、基因敲入或轉錄激活等靶向基因組編輯的里程碑。

中文名: talens
外文名: transcription activator-like (TAL) effector nucleases)
特點: 比鋅指核酸酶(ZFNs)更優越

功能: 研究基因功能和潛在基因治療應用
研發者: 美國麻省總醫院
前景: 基因組修飾技術

talens簡介

TALENs中文名是轉錄激活因子樣效應物核酸酶，TALENs是一種可靶向修飾特異DNA序列的酶，它藉助於TAL效應子一種由植物細菌分泌的天然蛋白來識別特異性DNA鹼基對。TAL效應子可被設計識別和結合所有的目的DNA序列。對TAL效應子附加一個核酸酶就生成了TALENs。TAL效應核酸酶可與DNA結合並在特異位點對DNA鏈進行切割，從而導入新的遺傳物質。^[1]

TALENs由於具有一些比鋅指核酸酶(ZFNs)更優越的特點，現在成為了科研人員用於研究基因功能和潛在基因治療應用的重要工具。是目前較有發展前景的基因修飾技術。

talens研究發展歷程

最早關於TALE蛋白的研究始於AvrBs3，其特異識別DNA鹼基的特性直到2009年才首次得到應用。該應用研究發表在Science雜誌上。同年人們徹底搞清了TALE的識別規則，並且在隨後的2014年CELL雜誌上發表了其特異識別的原理。自TALE序列被完全解譯以後，其應用逐漸普及開來。

自TALEN技術正式發明以來，TALEN的特異性切割活性在酵母、擬南芥、水稻、果蠅及斑馬魚等多個動植物體系和體外培養細胞中得以驗證。2013年，首爾國立大學化學系和國家基因工程創新舉措研究中心的Kim課題組建立了一個全基因組規模的TALEN體系。他們系統地選取了人類基因組中高度特異性的序列作為靶點以避開脱靶效應。通過高通量克隆體系，一次性構建了近2萬個編碼蛋白基因的TALEN質粒。這項研究中，他們以一種巧妙的方式優化了TALEN質粒的結構，以檢測插入靶點後質粒對應位置上eGFP的表達的方式檢測TALEN靶點插入成功率。通過研究不同間隔序列下特定靶點插入效率，從而得出最佳TALEN體系結構。^[2]

2014年2月，北京大學生命科學學院魏文勝課題組依託於一種自主研發的TALE蛋白組裝技術完成了全部TALE元件的解碼工作。

2010年至今，TALEN技術已被全球範圍內各實驗室使用。服務公司更如雨後春筍般大量湧現，如GeneCopoeia等。

talens優缺點

相比於傳統的鋅指核酸酶(ZFNs)技術，TALENs具有獨特的優勢：設計更簡單，特異性更高。缺點有：具有一定細胞毒性，模塊組裝過程繁瑣，一般需要求助於外包公司。^[3] 但TALEN技術仍然是科研人員用於研究基因功能和潛在基因治療應用的重要工具。^[1]

talens科學原理

TALENs充分利用植物病原菌黃單胞菌(Xanthomonas)自然分泌的蛋白---即激活因子樣效應物(TAL effectors, TALEs)---的功能：該蛋白能夠識別特異性DNA鹼基對。人們可以設計一串合適的TALEs來識別和結合到任何特定序列，如果再附加一個在特定位點切斷DNA雙鏈的核酸酶，就可以構建出TALEN，利用這種TALEN就可以在細胞基因組中引入新的遺傳物質。相對鋅指核酸酶(zinc-finger nuclease, ZFN)而言，TALEN能夠靶向更長的基因序列，而且也更容易構建。但是直到現在，人們一直都沒有一種低成本的而且公開能夠獲得的方法來快速地產生大量的TALENs。^[4]

talens科研方法

利用外部磁鐵將編碼TALEN的DNA片段放置在磁珠上，然後組裝這些片段，從而允許利用液體操作機器人(liquid-handling robot)操縱這些組裝好的DNA片段從而自動化構建TALEN，每天最多能夠構建出96個TALEN，並且每個TALEN所需的成本大約為75美元。^[4]

talens實驗結果

研究人員證實TALENs可在爪蟾胚胎中以可靠的高效率誘導體細胞突變，且這些突變可通過種系傳播遺傳下去。研究人員改良了TALEN組裝的“金門”策略，生成了更適合於RNA轉錄的產物，並通過顯微注射到爪蟾胚胎中。研究人員構建了八對TALENs靶向8個爪蟾基因，證實所有均導致了靶向位點缺失突變，效率高達95.7%。此外，研究人員還證實TALENs誘導的突變可以非常高效地通過種系傳遞至F1代爪蟾。結合簡單可靠的 PCR技術檢測TALEN誘導的突變，新研究結果表明TALENs是爪蟾中靶向性基因編輯或敲除的一種有效的工具。^[4]