李迪

摘要：CRISPR/Cas系统是古菌、细菌等在长期进化过程中形成的获得性免疫系统。以Cas9蛋白为核心的Ⅱ型系统经改造后成本低、历时短、操作简单，在植物、动物领域都取得了许多成果。本综述介绍了CRISPR/Cas的产生、作用机制、应用前景等，为CRISPR/Cas系统相关研究提供参考。

关键词：CRISPR/Cas；基因定点编辑；分子机制；应用前景

一、发现

CRISPR/Cas系统是广泛存在于古菌、细菌等的一种获得性免疫系統，是这些生物防御病毒、质粒等入侵自身基因组的外源遗传物质的“武器”。1987年日本研究人员首次在大肠杆菌中发现了一些间隔的短回文序列，但尚不了解其意义。2002年Jansen等将这种序列正式命名为CRISPR（ClusteredRegularlyInterspacedShortPalindromicRepeats），即成簇的规律间隔的短回文重复序列。2005年多项研究显示CRISPR的间隔区与噬菌体或质粒序列有高度同源性。2007年Barrangou等发现通过增加和敲除嗜热链球菌中的CRISPR序列可改变该菌对噬菌体的免疫力。科研人员还发现在CRISPR序列周围存在可编码核酸酶、解旋酶等的Cas基因。2012年Jennifer等发现了一个简单的CRISPR/Cas系统，它通过Cas9核酸内切酶以及以CRISPR序列为模板转录出来的两种RNA就可以剪切dsDNA。2013年FengZhang等首次证实CRISPR/Cas9可对人类内源基因进行定向切割。随着研究人员的不懈努力以及科学技术的快速发展，目前CRISPR/Cas技术在植物、动物等领域已经带来了许多优秀成果。

二、结构与分类

完整CRISPR位点依次包括Cas基因，前导区，由短回文重复序列（repeat）和间隔区（spacer）构成的CRISPR序列。上游Cas基因有丰富的多态性，编码蛋白有核酸酶的功能。前导区可看作CRISPR序列的启动子，激活转录。下游CRISPR序列中的回文序列长度一般在21～48bp，可形成发卡结构。……