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腾讯登录CRISPR/Cas9揭示生物进化新动因
| 导读 | 任何物种的持续进化都有赖其基因组的可塑性以及其遗传修饰和突变向后代的扩散。本周，德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的科学家们应用CRISPR/Cas9基因编辑体系探明了模式生物拟南芥基因组中串联重复序列的形成方式，发现当拟南芥DNA双链在相聚较远的两个位点发生断裂时便会产生上述与生物进化息息相关的串联重复序列。他们的研究在一定程度上阐明了植物基因组的分子进化机制。
生物基因组进化的一个重要... |
任何物种的持续进化都有赖其基因组的可塑性以及其遗传修饰和突变向后代的扩散。本周，德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的科学家们应用CRISPR/Cas9基因编辑体系探明了模式生物拟南芥基因组中串联重复序列的形成方式，发现当拟南芥DNA双链在相聚较远的两个位点发生断裂时便会产生上述与生物进化息息相关的串联重复序列。他们的研究在一定程度上阐明了植物基因组的分子进化机制。
生物基因组进化的一个重要引导因子就是现有基因序列的重复数，很多生命体内的分子机制都有可能会导致诸如此类重复序列的产生，而植物基因组中通常包含较短的串联DNA重复序列。KIT的研究人员们相信他们的研究结果足以阐明植物基因组中这些短串联重复序列产生的原因。
“众所周知，DNA是一种双链螺旋状的分子。我们的研究结果证实断裂单链（SSB）的修复发生于双链相对较远的核酸位点，DNA的两条反义链在植物基因组串联重复序列的产生过程中扮演着重要角色。”KIT植物研究所主任，文章的第一作者Holger Puchta教授表示。
该研究的对应论文发表在最新的PNAS上，名为“Repair of Adjacent Single-Strand Breaks Is Often Accompanied by the Formation of Tandem Sequence Duplications in Plant Genomes.”
在创建针对于特定位点的断裂单链过程中，研究人员采用了CRISPR/Cas系统的创新形式。
“从前，我们只能通过分子剪刀同时切断DNA双链，现在有了改进版CRISPR/Cas系统的帮助，我们可以仅剪断DNA双链中的一条来更好地完成我们的研究。”
Puchta教授和他同事们的工作证实了DNA中多个断裂单链的存在可以引起整个基因组的变动。诸如此类的断裂单链经常出现在天然植物中，尤其是当这些植物暴露在紫外线的时候。“对于这一机制的发现有助于我们更好地了解植物基因组的进化过程。”Puchta教授强调。
“最有趣的是，我们发现即使是将两条断裂单链插入同一条DNA链的时候仍然会引起基因组的改变，尽管发生于一个非常低的水平。”文章的作者总结道。“这一显现反映了核苷酸切除修复的自然步骤，当这样的基因组改变发生于生殖细胞时，断裂单链的修复机制便会对植物后代以及物种进化造成巨大的影响。”
（转化医学网360zhyx.com）
生物基因组进化的一个重要引导因子就是现有基因序列的重复数，很多生命体内的分子机制都有可能会导致诸如此类重复序列的产生，而植物基因组中通常包含较短的串联DNA重复序列。KIT的研究人员们相信他们的研究结果足以阐明植物基因组中这些短串联重复序列产生的原因。
“众所周知，DNA是一种双链螺旋状的分子。我们的研究结果证实断裂单链（SSB）的修复发生于双链相对较远的核酸位点，DNA的两条反义链在植物基因组串联重复序列的产生过程中扮演着重要角色。”KIT植物研究所主任，文章的第一作者Holger Puchta教授表示。
拟南芥
Holger Puchta教授的研究团队通过对拟南芥的研究发现当其DNA两条断裂单链发生修复的同时除了会发生DNA删除之外还会在断裂点附近产生DNA的串联重复。为了验证这一发现，研究人员将不同断裂单链插入了基因组的不同区域并通过DNA测序对基因修复的结果进行了分析。
“在最近的研究中，通过对不同水稻品种的DNA生物信息学比对分析发现植物基因组中存在着丰富的短重复序列。相关的研究人员便提出相邻断裂单链修复使得上述DNA重复大量发生的假说。”文章的作者写道，“采用CRISPR/Cas9技术，我们可以在模式生物拟南芥中对这一假说进行验证。我们使用Cas9切割酶向基因组的不同区域（基因中，基因间以及染色体间）以不同的间距(?20, 50以及100 bps)引入相邻断裂单链，接着我们通过深度测序分析了这些断裂的修复结果。在基因修复过程中除了会发生DNA的删除之外我们还通过定期检测发现在靠近断裂位点的地方会形成很多DNA重复序列，这些重复序列通常都会独立地存在于基因组外。”该研究的对应论文发表在最新的PNAS上，名为“Repair of Adjacent Single-Strand Breaks Is Often Accompanied by the Formation of Tandem Sequence Duplications in Plant Genomes.”
在创建针对于特定位点的断裂单链过程中，研究人员采用了CRISPR/Cas系统的创新形式。
“从前，我们只能通过分子剪刀同时切断DNA双链，现在有了改进版CRISPR/Cas系统的帮助，我们可以仅剪断DNA双链中的一条来更好地完成我们的研究。”
Puchta教授和他同事们的工作证实了DNA中多个断裂单链的存在可以引起整个基因组的变动。诸如此类的断裂单链经常出现在天然植物中，尤其是当这些植物暴露在紫外线的时候。“对于这一机制的发现有助于我们更好地了解植物基因组的进化过程。”Puchta教授强调。
“最有趣的是，我们发现即使是将两条断裂单链插入同一条DNA链的时候仍然会引起基因组的改变，尽管发生于一个非常低的水平。”文章的作者总结道。“这一显现反映了核苷酸切除修复的自然步骤，当这样的基因组改变发生于生殖细胞时，断裂单链的修复机制便会对植物后代以及物种进化造成巨大的影响。”
（转化医学网360zhyx.com）
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