高冠军
清华大学生命科学学院 PI,博导
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研究学习经历:

编辑

作为世界上最早探索 CRISPR 基因编辑技术的一批科研人员之一,高冠军教授曾在 2013-2014 年分别在国际遗传学经典期刊上发表一系列方法学论文,其带领课题组在国际上率先建立起 CRISPR 与 phiC31 重组酶相结合的高效果蝇基因打靶系统,已广泛地应用于国内外的众多果蝇实验室中。 目前高冠军研究小组将优化后的 CRISPR 技术运用于 lncRNA 活体功能研究领域,并开启了 lncRNA 这一“暗物质”所传递的生命信息的大门。

Shengwu 360 精选了高冠军教授在 2014-2016 年发表的 4 篇文章,翻译摘要以供读者更好的了解其工作成果。由于编辑个人翻译水平有限,如有错误感谢您的指正。

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Wen, K., Yang, L., Xiong, T., Di C, Ma, D., Wu, M.,... Gao, G. (2016). Critical roles of long noncoding RNAs in Drosophila spermatogenesis. [Journal Article]. Genome Res, 26(9), 1233-1244. doi: 10.1101/gr.199547.115)(注:开源 paper 可下载)

长链非编码 RNA 在果蝇精子发生中的关键作用

摘要: 长链非编码 RNA(lncRNA),最新发现的一类细胞内 RNA,在许多细胞发育过程的调节中发挥重要作用。尽管 lncRNAs 已在不同系统中进行了系统性的鉴定,但在活体动物模型中,大部分的 lncRNAs 没有得到功能上的表征。在这项研究中,我们确定 128 个睾丸特异性的果蝇 lncRNAs,并使用了一种优化的三组分 CRISPR / Cas9 系统,敲除了其中 105 个 lncRNAs。在 lncRNA 敲除的果蝇中,有 33(31%)只显示丧失了部分或完全的雄性生育能力,晚期伴随出现视觉发育缺陷。此外,6 只经敲除的果蝇通过一种反式构型的转基因,得以完全或部分的修复,表明这些 lncRNA 主要是反式发挥作用。另外,5 个 lncRNA 突变体的基因表达谱表明,睾丸特异性 lncRNAs 调节着总体的基因表达,从而协调晚期男性生殖细胞分化。与编码基因相比,睾丸特异性 lncRNAs 进化地更快。并且,功能更强大的 lncRNA,其序列保守性更高,这表明它们在不断进化选择。总而言之,我们的研究结果揭示了快速演变的睾丸特异性 lncRNAs 在果蝇精子发生后期的关键功能。

2

Xue Z, Wu M, Wen K, Ren M, Long L, Zhang X. & Gao G*. CRISPR/Cas9 Mediates Efficient Conditional Mutagenesis in Drosophila. G3:Genes|Genomics| Genetics. 2014 Sep 5. pii: g3.114.014159.

CRISPR / Cas9 介导果蝇的有效条件诱变

摘要: 现有的转基因 RNA 干扰(RNAi)方法通过在果蝇中靶向沉默 mRNA,极大的促进功能基因组的研究。尽管 RNAi 方法非常有用,但其低效率仍然令人堪忧。这里,我们将由 Gal4/ 上游激活位点系统驱动的组织特异性表达的 Cas9,同多种普遍表达诱导的 RNA 转基因集合,获得一种 CRISPR/Cas 介导的条件性突变系统,从而在时间和空间上有效控制关闭基因的表达。此外,通过在转基因载体中包含多个指导 RNA 来靶向单个基因,我们在特定组织中实现了高度的基因突变。 CRISPR / Cas9 介导条件诱变系统为基因功能分析提供了一个简单和有效的工具,并补充了现有的 RNAi 方法。

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Xue Z, Ren M, Wu M, Dai J, Rong YS. & Gao G*. Efficient gene knock-out and knock-in with transgenic Cas9 in Drosophila. G3:Genes|Genomics| Genetics. 2014 Mar 21; 4(5):925-9.(注:开源 paper 可下载)

在果蝇中使用转基因 Cas9 有效进行基因敲除和敲入

摘要: 细菌 Cas9 核酸酶通过以小 gRNA 作为指导,诱导特定位点的 DNA 断裂。Cas9 已能成功在果蝇中完成基因编辑。这里我们通过开发一种能在果蝇种系表达 Cas9 的转基因系统,从而提高了这种方法的多功能性。通过这个系统,我们仅将 gRNA 注射到胚胎中,诱导遗传敲除突变,并通过新型非编码 RNA 基因的启动子表达 gRNA,实现了高效突变,并恢复了基于同源重组的荧光标记的敲入,其通过环装 DNA 供体共注射 gRNA 的速率达 4.5%。

4

Wei W, Xin H, Roy B, Dai J, Miao Y. & Gao G*. Heritable genome editing with CRISPR/Cas9 in the silkworm, Bombyx mori. PLoS One. 2014 Jul 11; 9(7):e101210.(注:开源 paper 可下载)

使用 CRISPR/Cas9 在蚕中进行的可遗传的基因组编辑

摘要: 在此项研究中,我们通过在蚕中使用经修饰的规律成簇的间隔短回文重复序列(CRISPR)和相关蛋白(Cas9)系统,建立了一种有效并且可遗传的基因突变方法。以 4 个位点 Bm-ok, BmKMO, BmTH, 和 Bmtan 为实验对象,我们证明了将特定导向 RNA 和 Cas-mRNA 直接的显微注射入蚕胚胎中,能够诱发特定位点的基因突变。在注射的子一代中观察到 16.7-35.0% 的突变频率,也存在着 DNA 片段的缺失。由于 Bm-ok 破坏细胞,半透明的表皮表型容易被鉴定,我们用 Bm-ok 嵌合突变体来检测突变遗传特性。我们使用了 2 个交叉实验。第一个实验,将注入了 Bm-ok 的飞蛾与野生型飞蛾杂交,种系突变传递的频率为 28.6%。第二个实验,将 2 个 Bm-ok 嵌合突变的飞蛾相互杂交,93.6% 的子代的 Bm-ok(复合杂合子)的两个等位基因均出现突变。总之,CRISPR/Cas9 系统可以作为蚕娥种系的一种高度特异性和可遗传的基因编辑工具。

如您对高冠军教授的研究非常关注,请您关注即将在 2017 年 3 月 24、25 日在上海举办的 “基因编辑专题研讨会”。高冠军教授将在会议上就他的研究同各位做深入探讨。

拓展阅读:

高冠军:CRISPR 破解基因组“暗物质”功能之谜

清华大学用 CRISPR 解析重要 lncRNA

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代表性论文:

编辑

1. Gerstein MB, Rozowsky, Yan KK… Gao G… Waterston R*. Comparative analysis of the transcriptome across distant species. Nature. 2014 Aug 28; 512(7515):445-448.

2. Xue Z, Wu M, Wen K, Ren M, Long L, Zhang X. & Gao G*. CRISPR/Cas9 Mediates Efficient Conditional Mutagenesis in Drosophila. G3:Genes|Genomics| Genetics. 2014 Sep 5. pii: g3.114.014159.

3. Xue Z, Ren M, Wu M, Dai J, Rong YS. & Gao G*. Efficient gene knock-out and knock-in with transgenic Cas9 in Drosophila. G3:Genes|Genomics| Genetics. 2014 Mar 21; 4(5):925-9.

4. Wei W, Xin H, Roy B, Dai J, Miao Y. & Gao G*. Heritable genome editing with CRISPR/Cas9 in the silkworm, Bombyx mori. PLoS One. 2014 Jul 11; 9(7):e101210.

5. Yu Z#, Ren M#, Wang Z, Zhang B, Rong YS, Jiao R* & Gao G*. Highly efficient genome modifications mediated by CRISPR/Cas9 in Drosophila. Genetics. 2013 Sep; 195(1):289-91(#: co-first).

6. Gao, G. J., Chen, Y., Wesolowska, N. & Rong, YK. A paternal imprint for the inheritance of telomere identity in Drosophila. PNAS. 2011 Mar 22; 108(12):4932-7.

7. Gao, G. J.,Walse J., Michelle, B., Patrizia, M., Natalia, W., Chen, J. & Rong, YK. HipHop interacts with HOAP and HP1 to protect Drosophila telomeres in a sequence-independent manner. EMBO J. 2010, Feb 17; 29(4):819-29.

8. Gao, G. J#., Bi, X#., Chen, J., Srikanta, D. & Rong, YK. Mre11-Rad50-Nbs complex is required to cap telomeres during Drosophila embryogenesis. PNAS. 2009, Jun 30; 106(26):10728-33(#: co-first).

9. Gao, G. J., Conor, M., Chen, J. & Rong, YK. A powerful method combining homologous recombination and site-specific recombination for targeted mutagenesis in Drosophila. PNAS. 2008, Sep 16; 105(37):13999-4004.

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