Progress in Molecular Biology and Translation Science——Gene Editing in Plants
作者：Donald P.Weeks , Bing Yang
出版：Academic Press
索书号：Q943.2/G326/2017/Y
ISBN: 978-0-12-811743-9
藏书地点： 武大外教中心
10月7日，瑞典诺贝尔奖委员会宣布，将2020年的诺贝尔化学奖授予法国女科学家埃玛纽埃勒·沙尔庞捷和美国女科学家珍妮弗·道德纳，以表彰她们发明基因修饰方法CRISPR-Cas9，也就是人们通常所说的基因剪刀。CRISPR-Cas9这一基因编辑的最新技术，终于在万众瞩目下，收获了它应有的荣誉。无数科学家早就预测，这一技术对于生物学发展的重要意义是毋容置疑的，因此，摘得诺奖的桂冠是众望所归。
基因编辑（gene editing），又称基因组编辑（genome editing）或基因组工程（genome engineering），是一种新兴的比较精确的能对生物体基因组特定目标基因进行修饰的一种基因工程技术。基因编辑依赖于经过基因工程改造的核酸酶，也称“分子剪刀”，在基因组中特定位置产生位点特异性双链断裂（DSB），诱导生物体通过非同源末端连接（NHEJ）或同源重组（HR）来修复DSB，因为这个修复过程容易出错，从而导致靶向突变。这种靶向突变就是基因编辑。基因编辑以其能够高效率地进行定点基因组编辑， 在基因研究、基因治疗和遗传改良等方面展示出了巨大的潜力。
基因编辑已经开始应用于基础理论研究和生产应用中，这些研究和应用，有助于生命科学的许多领域，从研究植物和动物的基因功能到人类的基因治疗。下面主要介绍基因编辑在动植物上的应用。基因编辑和牛体外胚胎培养等繁殖技术结合，允许使用合成的高度特异性的内切核酸酶直接在受精卵母细胞中进行基因组编辑。CRISPR-Cas9进一步增加了基因编辑在动物基因靶向修饰的应用范围。CRISPR-Cas9允许通过细胞质直接注射（CDI）从而实现对哺乳动物受精卵多个靶标的一次性同时敲除（KO）。单细胞基因表达分析已经解决了人类发育的转录路线图，从中发现了关键候选基因用于功能研究。使用全基因组转录组学数据指导实验，基于CRISPR的基因组编辑工具使得干扰或删除关键基因以阐明其功能成为可能。植物基因的靶向修饰是基因编辑应用最广泛的领域。首先可以通过修饰内源基因来帮助设计所需的植物性状。例如，可以通过基因编辑将重要的性状基因添加到主要农作物的特定位点，通过物理连接确保它们在育种过程中的共分离，这又称为“性状堆积”。其次，可以产生耐除草剂作物。比如，使用ZFN辅助的基因打靶，将两种除草剂抗性基因（烟草乙酰乳酸合成酶SuRA和SuRB）引入作物。再次，可以用来防治各种病害如香蕉的条纹病毒。此外，基因编辑技术还被应用于改良农产品质量，比如改良豆油品质 [15] 和增加马铃薯的储存潜力。
基因和基因组编辑新技术的迅速发展，催化了在动物、植物、微生物系统，以及在医药、工业和农业上的实际应用，促进基础生物学研究进展显著。对于使用动物和植物进行研究的科学家来说，他们非常羡慕那些使用细菌和酵母进行研究的研究者，因为这些生物体的基因在实验室里相对容易地就可以精确地修改。在20世纪下半叶，科学技术的进步使得大量的基础发现以惊人的速度出现。这些发现极大地扩展了基础细胞和分子生物学的知识，也在许多应用科学领域带来了令人难以置信的进步，包括生物技术产业的诞生。基因编辑，这种简单但昂贵的方法可以使老鼠的特定基因失活或修饰，这为对哺乳动物的发育、生理和疾病的重要新认识铺平了道路，而且，随着这种新认识的出现，人类和其他动物的医疗护理也得到了改善。随着锌指核酸酶技术(以及后来的巨核糖核酸酶技术)的发明，研究人员的第一次突破是使用基因编辑技术对生物体的原有基因组进行改造。有了这些新工具，科学家们就可以开启新的研究途径，利用同源重组可以轻易地将外源DNA序列插入其基因组。随后TALEN和CRISPR/Cas9技术的发展，极大地提高了基因编辑的易用性和靶向特异性，使世界各地的许多生命科学家都能利用基因诱导的力量。
《分子生物学和翻译科学进展——植物基因编辑》一书于2017年由ACADEMIC PRESS出版，作者是DONALD P.WEEKS 和 BING YANG。
《分子生物学和翻译科学进展——植物基因编辑》一书中，作者着重介绍了令人兴奋的新发展的基因编辑技术的植物生物学研究和该技术在植物农业生产上的应用。
第1章由Baltes, gili - humanes，和Voytas介绍了在农业生产实践中应用的基因组编辑的发展概况，以及未来的机遇和挑战。Zhang、Ma、Xie和Liu(第8章)概述了可供植物生物学家使用的各种基因编辑技术，并提出了使用这些技术的建议，而Davies、Kumar和Sastry-Dent(第3章)则对锌指核酸酶及其在作物改良中的应用进行了深入讨论。其他章节描述了基因编辑技术的改进，如使用tRNA系统的多重基因编辑。第7章、第9章介绍了用于在多重基因打靶过程中产生sgRNA。Osakabe和Osakabe(第6章)阐述了基因编辑在提高植物对非生物胁迫的反应方面的应用，而Zaidi、Tashkandi和Mahfouz(第10章)则概述了开发具有提高植物病毒免疫力的植物的相关工作Wang、Zhou和Duanmu描述了CRISPR/Cas9系统如何被有效地用于探索与豆类固氮相关的复杂系统(第11章)。其中有几章着重于特定作物，包括玉米和大豆(第二章由Chilcoat、Liu和Sander撰写)、水稻(第五章由Bi和Yang撰写)，以及广泛的多倍体植物，它们在全球作物产量中占很大一部分(第四章按周计算)。最后，Wolt(第12章)回顾了围绕基因编辑植物的管理和监管的重要问题，以及这些问题将如何在该技术将如何(或不会)造福世界各国消费者方面发挥关键作用。
《分子生物学和翻译科学进展——植物基因编辑》一书将成为学生、科学家和其他希望了解基因编辑技术最新进展和正在考虑在他们的职业生活中使用这些技术的人的有价值的信息来源(和潜在的灵感)。作者认为，这些技术无疑将彻底改变植物科学的研究，并有潜力对养活迅速增长(和日益富裕)的世界人口这一具有挑战性的任务作出重大贡献。
全书目录
前言
1. 基因组工程与农业:机遇与挑战
1. 介绍
2. 植物基因组编辑:潜在的DNA修改
3. 农业需求和基因组编辑的成功
4. 创造更健康、更有营养的食物
5. 挑战与展望
6. 结论思想引用
2. CRISPR/Cas9在玉米和大豆作物改良中的应用
1. 介绍
2. CRISPR/Cas用于玉米作物改良的例子
3. CRISPR/Cas用于大豆作物改良的例子
4. 展望
3. 锌指核酸酶在作物改良中的应用
1. 介绍
2. 为什么使用ZFNS
3. 利用ZFNs编辑植物基因组
4. 目标基因编辑
5. 提高基因组编辑效率
6. 调控网络
7. 结论
4. 多倍体作物的基因编辑:小麦、油茶、油菜、马铃薯、棉花、花生、甘蔗和柑橘
1. 介绍。
2. 多倍体作物的基因编辑
5. 用TALEN和CRISPR/Cas对水稻进行基因编辑
1. 介绍。
2. 创建DNA双链断裂，允许基因组编辑
3. 利用TALENs对水稻进行基因编辑
4. CRISPR/Cas9在水稻基因编辑中的应用
5. CRISPR/Cpf1在水稻基因编辑中的应用
6. 水稻中使用碱基编辑器
7. 结论
6. 基因组编辑以改善植物的非生物胁迫反应
1. 介绍
2. CRISPR/Cas9突变体的优化
3.一种植物非生物应激反应基因的新等位基因的开发
4. CRISPR/Cas9应答新基因传递系统的开发
7. 支持CRISPR/ cas9的多路基因组编辑及其应用
1. 介绍
2. 实现CRISPR/ cas9支持的多路基因组编辑的策略
3.多重基因组编辑在植物中的广泛应用
4. 结论
8. 基于CRISPR/ cas9的植物基因组编辑研究
1. 介绍
2. CRISPR/Cas9核酸酶系统的机制
3. CRISPR/Cas9诱导的植物突变分析
4. CRISPR/Cas9系统在植物功能研究和作物改良中的应用
5. 结论
9. 关于CRISPR在植物基因编辑中的改进:核酶介导的引导RNA生产和基于荧光的CRISPR无转基因突变体分离技术
1. 植物细胞中Cas9蛋白的产生
2. 体内sgRNA分子的产生
3. 从核酶两侧人工基因产生sgRNAs
4. 用所需的编辑事件确认Cas9 Free植物的有效认证
10. 工程分子免疫植物病毒
1. 介绍
2. SSNs在基因组工程中的应用
3.用于传递基因组工程试剂的病毒
4. 利用SSNs发展病毒抗性
5. CRISPR / Cas9-介导的病毒干扰
6. 发展对RNA病毒的抵抗力
7. 前景展望
11. CRISPR/Cas9在豆科植物共生固氮研究中的应用
1. 介绍
2. 共生固氮作用
3. 导致豆科植物基因突变
4. CRISPR/Cas9在豆科植物中的应用
5. 结论
12. 植物基因组编辑的安全性、安全性和政策考虑
1. 介绍
2. 基因组编辑的安全保障
3. 植物基因组编辑的管理和要求
4. 总结
邹娟 武大生科院 硕士研究生