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多重PCR擴增建庫技術助力基因編輯后代高通量基因型鑒定

發(fā)布時間:2021-12-14

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糧食安全是中國乃至世界其他各國*為關注的重大戰(zhàn)略問題,而種業(yè)是保障糧食安全的基礎。現(xiàn)在種業(yè)正向設計育種以及智能化育種(基因編輯育種、生物育種、人工智能等多重技術融合發(fā)展)大步邁進,實現(xiàn)育種4.0時代,而4.0時代將*終實現(xiàn)作物的**定向改良。分子設計育種是多學科交叉實現(xiàn)的新型育種方式,我國科學家率先對水稻、小麥、玉米、大麥、油菜等農(nóng)作物重要農(nóng)藝性狀實現(xiàn)了基因組編輯,并成功實現(xiàn)了目標基因的定點突變、替換、插入、單堿基突變等基因編輯操作,并建立了完善的CRISPR/Cas9基因組編輯技術體系。

植物基因編輯技術簡介


目前,CRISPR/Cas9基因編輯技術,由于實驗設計簡單、試驗周期短、成本低及基因組上**存在的sgRNA識別目標序列等特點而占據(jù)了基因編輯的主要市場,并**應用于創(chuàng)建突變體或突變體庫、目標基因的功能驗證(互補實驗)、創(chuàng)建新的優(yōu)良等位基因、創(chuàng)建新的種質(zhì)資源、基因組定點修飾,縮短育種年限等方面。

CRISPR全稱為成簇規(guī)律間隔的短回文重復序列,Cas9蛋白是一種能降解DNA分子的核酸酶,其中含有兩個負責切割DNA雙螺旋的活性位點?;蚪MDNA在被CRISPR/Cas9復合體特異性識別后Cas9核酸內(nèi)切酶對目標基因組DNA雙鏈進行切割,造成DNA雙鏈斷裂(DSB),而細胞中的同源重組修復(HDR)機制和非同源末端連接(NHEJ)機制再對DNA雙鏈進行修復(圖1)。在修復過程中會隨機插入或刪除核苷酸(InDel),單堿基突變(SNP),從而形成移碼突變,*終造成目標基因功能的缺失,實現(xiàn)基因敲除?,F(xiàn)在檢測修飾后的DNA雙鏈的方法主要有以下集中:1.Surveyor或者T7E1核酸酶分析;2.PCR-RFLP分析;3.高分辨率熔解曲線(HRM)分析;4.單鏈構(gòu)象多態(tài)性(SSCP)分析;5.熒光PCR等。以上幾種均只能檢測到DNA雙鏈是否發(fā)生突變,而要檢測編輯基因的目標DNA序列,就需要通過PCR將目的位點擴增并送Sanger測序。但常規(guī)的Sanger測序方法只能將含有目標靶點的PCR產(chǎn)物克隆到質(zhì)粒載體,每個樣品取多個單克?。?-6個)測序,傳統(tǒng)測序費時費力費用又高。

翼和解決方案


針對上述作物多拷貝基因及多倍體作物基因編輯后代篩選的難題,翼和生物利用多重PCR技術(**號CN201610736856.4、CN201510761091.5),結(jié)合高通量測序技術,可同時對大量樣本多目標區(qū)域進行靶向序列分析,*后獲得客戶所需要的突變位點。翼和開發(fā)的多重PCR的技術通過基因組特異性引物(覆蓋多個靶點及側(cè)翼序列)同時對基因編輯后代個體基因組的多個目標區(qū)域(多拷貝基因或者多基因,可達數(shù)十個區(qū)域)進行PCR捕獲,PCR建庫后再進行高通量測序,平均測序深度1000x,生信分析后獲得目標編輯位點序列信息及比例。相比于基因編輯的其他檢測方式,本方案既能準確的獲知編輯后代的基因型,又能同時對基因編輯后代群體進行多拷貝,多基因目標靶點分析及子代基因型**,**減輕了科研人員的科研負擔,快速準確地完成對目標基因型的篩選。