PNAS：CRISPR探索植物基因组的奥秘

　　2016年06月28日讯 突变是基因组进化的基础。举例来说，现有序列经过重复和加倍可以形成更大的基因组。卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的科学家们用自己开发的CRISPR/Cas系统揭示了基因组进化的重要机制。他们在美国国家科学院院刊PNAS杂志上发表文章指出，修复彼此相对的单链DNA断裂会引起序列重复。

　　细菌一直在与病毒或入侵核酸进行斗争，为此它们演化出了多种防御机制，CRISPR-Cas适应性免疫系统就是其中之一。规律成簇的间隔短回文重复CRISPR与内切酶Cas的组合，可以在引导RNA的指引下，靶标并切割入侵者的遗传物质。2012年研究者们利用这一特点，将CRISPR系统发展成了强大的基因组编辑工具。该系统使用简单而且扩展性强，很快便成为了生物学领域的香饽饽。

　　研究人员构建了能够剪切DNA单链的CRISPR/Cas系统，向拟南芥基因组引入不同间距的单链断裂，然后通过测序分析DNA修复的结果。他们发现，如果两条DNA单链均发生断裂而且断裂位点相距较远，修复过程就会使断裂位点附近生成短序列的串联重复。这种串联重复在植物基因组中很常见。研究还表明，多个DNA单链断裂能够引发基因组修饰。植物基因组经常会发生这样的DNA断裂，尤其是在紫外光的照射下。这些发现可以帮助人们进一步理解植物基因组的进化程序。

　　CRISPR/Cas9基因组编辑技术给分子生物学领域带来了一场变革。与如火如荼的动物研究相比，植物CRISPR研究是一个比较冷门的方向。这就像是一块没有被完全开发的景点，走进去往往可以领略到不一样的风景。那么，假如我们涉足这一领域需要注意哪些主要的问题呢？

　　酿脓链球菌的Cas9现在已经被广泛用于基因组编辑。那么，对Cas9进行基因工程改造将面临哪些限制呢？加州大学伯克利分校的研究团队通过随机插入突变对Cas9结构进行了全面分析，鉴定了这种蛋白的基因改造热点。这些位点可以耐受PDZ结构域的插入，不影响Cas9的结合和剪切功能。（更多详细信息参见：Nature Biotechnology揭示Cas9改造极限）

　　在CRISPR系统的基础上使用sgRNA文库进行遗传筛选，是鉴定基因调控子的一种有效方法。研究者们可以通过CRISPR筛选在基因组非编码区域中寻找功能性元件。不过这样的应用需要高度覆盖又简单实用的自定义sgRNA文库。耶鲁大学医学院的研究人员开发了一个名为Molecular Chipper的新技术。该技术能够针对指定基因组区域生成密集覆盖的sgRNA文库。