基因靶向[1][2](英語:gene targeting)又稱基因打靶,是一種利用同源重組方法改變生物體某一內源基因遺傳學技術。這一技術可以用於刪除某一基因、去除外顯子或導入點突變,從而可以對此基因的功能進行研究。基因標的的效果可以是持續的,也可以是條件化的。例如,條件可以是生物體發育或整個生命過程中的一個特定時刻,或將效應限制在某一特定組織中。基因標的的優點在於可以應用於任何基因,無需考慮其大小和轉錄活性。

歷史

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基因標的技術是從20世紀80年代發展起來的,是建立在對同源重組不斷了解的基礎之上。首先是以酵母這種較為簡單的真核模式生物為基礎,來對相關技術進行研究。[3]隨着外源DNA導入酵母細胞方法的建立、標記基因有效選擇的利用、同源重組轉化子篩選系統的建立、載體同源序列DNA(靶標)雙鏈斷裂提高同源重組效率的利用,使得基因打靶技術逐漸成熟起來。[4]而對於哺乳動物細胞,由於其基因組比酵母細胞要大且複雜,基因打靶的成功率很低。因此要將基因打靶技術應用於哺乳動物,還需要新的策略。1989年,利用胚胎幹細胞,美國科學家馬里奧·卡佩奇奧利弗·史密斯與英國科學家馬丁·埃文斯,將基因打靶技術成功地應用於小鼠;他們也因此獲得了2007年諾貝爾生理學與醫學獎[5]

原理和方法

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外源DNA導入標靶細胞後,利用基因重組,將外源DNA與標靶細胞內染色體上同源DNA間進行重組,從而將外源DNA定點整合入標靶細胞基因組上某一確定的位點。[6]

對於不同的生物體,所使用的基因打靶的方法也不用。對於小鼠來說,大致的流程如下:[5]

  1. 從小鼠胚胎上提取幹細胞;
  2. 同時,構建標靶載體,標靶載體中含有與靶基因同源的DNA片段;
  3. 將標靶載體轉染到幹細胞中;
  4. 將篩選後獲得的含有靶載體的幹細胞進行擴增;
  5. 將含有靶載體的幹細胞注入小鼠胚胎;
  6. 胚胎發育為嵌合體小鼠(部分器官為該改造後的幹細胞發育而成)後,通過選擇性培育(將嵌合體小鼠與正常小鼠交配,在下一代中進行篩選),獲得基因剔除小鼠(全部器官為該改造後的幹細胞發育而成)。

修改後的方法還可用於其他哺乳動物,如等。

基因標的技術還被用於一些植物,特別是小立碗蘚的研究。

參考文獻

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  1. ^ 存档副本. [2021-11-09]. (原始內容存檔於2021-11-09). 
  2. ^ 存档副本. [2021-11-09]. (原始內容存檔於2021-11-09). 
  3. ^ (英文)Botstein D, Fink GR. Yeast: an experimental organism for modern biology. Science. 1988, 240 (4858): 1439–1443. PMID 3287619. 
  4. ^ (中文)汪亞平、朱作言. 基因靶位操作的原理与策略. 遺傳. 1999, 21 (3): 46–50. 
  5. ^ 5.0 5.1 (英文)Press Release: The 2007 Nobel Prize in Physiology or Medicine. [2009-01-08]. (原始內容存檔於2018-08-14). 
  6. ^ (英文)Capecchi MR. Altering the genome by homologous recombination. Science. 1989, 244 (4910): 1288–1292. PMID 2660260. 

參見

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外部連結

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