中國學者綜述：基因組編輯技術及其在昆蟲研究中的應用

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　　生物通報道：基因組編輯技術是進行功能基因組研究的重要工具。鋅指核酸酶技術(ZFNs)、類轉錄激活因子核酸酶技術(TALENs)以及CRISPR/Cas技術是近年來發展起來的3種主流基因組編輯技術。在《中國科學：生命科學》的這期“中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態研究所專輯”中，幾位學者總結概括了基因組編輯技術在昆蟲研究中的應用。

　　近年來, 高通量測序技術不斷成熟, 測序成本越來越低, 目前已經有超過2萬個基因組測序項目完成. 然而, 對于新物種基因組功能的研究的速度卻大大滯后. 對物種基因組的研究離不開基因組編輯技術體系, 目前, 除了常見的模式生物以外, 對于一般非模式生物而言都缺少高效的基因組編輯技術手段, 這嚴重阻礙了對于非模式生物的研究.

　　對于模式生物而言, 現有的技術體系也存在局限. 例如, 依賴于轉座子元件遺傳操作技術體系不可避免地將轉座子元件帶入到所研究生物的基因組中, 而基于病毒的遺傳操作技術體系在醫學研究中存在安全隱患. 噬菌體來源的整合酶系統, 如同源重組酶(recom- binase)、整合酶(integrase)、轉化酶(invertase)等, 有嚴格的序列識別特異性, 并且難以實施工程化改造; 依賴于噬菌體來源的同源重組酶及整合酶來實施同源重組的遺傳操作方法也存在諸多限制. 因此, 發展新的基因組編輯技術成為一項緊迫的任務.

　　鋅指核酸酶技術(ZFNs)、類轉錄激活因子核酸酶技術(TALENs)以及CRISPR/Cas技術是近年來發展起來的3種主流基因組編輯技術. 這3種基因組編輯技術的原理都是通過在生物基因組特定位點制造DNA斷裂損傷, 從而激活機體自身的DNA損傷修復機制, 在此過程中引發各種變異. ZFNs是最早發展的通用基因組編輯技術, 可用以實施定點敲除和定點敲入變異, 但ZFNs技術的發展受限于構建難度大、成本高等缺點. TALENs技術在ZFNs基礎上發展而來, 較ZFNs技術而言, TALENs技術具備構建靈活度高、成本低等優勢. 不同于ZFNs與TALENs技術, CRISPR/Cas技術具有獨特的DNA靶向機制, 這種機制使其非常適合進行多位點編輯.

　　目前, 3種技術都在多種物種中成功測試, 例如小鼠、斑馬魚、果蠅、線蟲和家蠶. 在后基因組時代, 這些新技術工具必將在未來功能基因組研究中發揮重大作用.

　　作者指出，ZFNs, TALENs和CRISPR/Cas系統都是高效的基因組編輯技術體系, 3 種技術目前都已發展成熟并且都在多種物種中成功測試，在未來具有重要的發展前景. 這些新技術的發展與成熟, 為今后進行功能基因組研究奠定了堅實基礎。