基因组编辑技术的原理及应用*

阐明基因功能和改良生物现状是生物学重点研究内容之一. 近年来利用的基因打靶和转基因技术存在效率低、耗时长、易引起人们的安全性疑虑等问题. 新近发现的以多种新型高效的DNA靶向内切酶为基础而建立的基因组编辑技术，主要包括ZFN、TALEN和CRISPR/Cas三种. 本文首先综述这3种技术的原理，即均基于“DNA断裂/DNA损伤修复”来实现编辑功能，可以在不同物种中对目标基因进行定点敲除、单核苷酸或多核苷酸片段的置换、添加等基因组靶向修饰，具有简单、快速、高效、准确等优点. 然后比较3种技术在构成、靶点识别模式、编辑特点、技术难度以及脱靶效应等方面的异同；归纳该技术在作物遗传育种、家畜改良以及基因治疗等方面的应用现状和前景，并指出该技术尚存在的脱靶、构建等问题以及解决的途径，重点突出ZFN、TALEN和CRISPR/Cas在模式植物以及粮食作物中的应用. 最后提出建立基于病毒载体的基因组无痕编辑技术平台，将使基因组编辑用于植物遗传改良更为简约和安全. （表2 参65