梁丽琴 阎婧 张鑫 郝泽婷 段江燕

（山西师范大学生命科学学院，临汾 041004）

1 CRISPR 概述——从发现到应用过程

CRISPR是细菌及古细菌中的一种基于RNA的后天免疫防御系统（Clustered regularly interspersed short palindromic repeats）［1］。CRISPR可利用导向RNA指导Cas蛋白（CRISPR-associated proteins）对目的基因组进行修饰，其结构包括3部分：5'端的反式激活核糖核酸基因，中间部分的Cas蛋白结构基因和3'端的CRISPR基因座，反式激活核糖核酸基因表达产生的tracrRNA和CRISPR基因表达产生的crRNA组成二元复合体，能够引导Cas蛋白识别切割目标位点［2］。Barrangou等［3］发现噬菌体入侵后，细菌利用CRISPR系统整合来自噬菌体的基因组，并改变自身的细胞表型的抵抗性，用以抵抗入侵的噬菌体，而且这种抵抗特异性取决于整合序列的相似性。2008年，Marraffini等［4］首次通过实验在葡萄球菌中验证了这种功能。所谓结构决定功能，加州大学UCB人员报告了两种主要的Cas9蛋白子型晶体结构，进而揭示了所有Cas9家庭成员的结构核心［5］，这对后期理解CRISPR的作用机理具有重要意义。

到2012年，CRISPR这个新型基因组定向编辑系统基本成型，并首次登上历史舞台［6-8］，与ZFN、TALEN相比，该系统由导向RNA识别靶位点，简单，精确，高效。形象地说，其精确度几乎与word文档中的“查找替换”功能相当。随着CRISPR的不断发展，现已应用于体外培养的细胞［7-8］和各种不同的模式生物中，从将其应用于小鼠［9-10］、细菌［11］、真菌［12］、斑马鱼［13］，到实现在植物中的基因组编辑［14］，如对西红柿品种的改良［15］以及编辑棉花耐盐相关的内源基因［16］，再到对人类细胞的基因组编辑［8］，同时也证实了该技术在高等灵长类动物中的可应用性［17］，近两年在猪、猴等大型动物中实现靶向基因编辑并成功构建动物模型、细胞模型应用于医学。……