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基因敲入(gene knock in)是一种将外源功能基因,整合或替换到基因组特定位点,并在细胞内获得稳定表达的技术。
1、通过针对靶基因设计、构建gRNA和含有突变位点信息的donor DNA,当两者质控合格后,再与Cas9 mRNA一起原核显微注射获得测序鉴定阳性的F0代阳性小鼠;
2、F0代阳性小鼠与野生型鼠进行交配,获得PCR鉴定基因型和测序鉴定随机插入的F1代杂合子小鼠;
3、选择来自同一只F0代小鼠,敲入位点一致的F1代小鼠,达到性成熟后进行同胞交配,可获得F2代小鼠。对获得的F2代小鼠进行PCR及测序鉴定,理论上,F2代小鼠中25%为敲入位点一致的纯合子小鼠,有50%为只有一条染色体敲入的杂合子小鼠,有25%为野生型小鼠。
Cas9构建KI(基因敲入)小鼠模型利用CRISPR/Cas9系统实现精准基因编辑,通过同源定向修复(HDR)机制将外源DNA序列插入目标基因位点。该技术高效、快速、操作简便,广泛应用于功能基因研究和疾病模型构建。然而,由于依赖同源重组,基因敲入效率较低,存在以下限制:
· 同源重组概率低:天然同源重组频率较低,导致敲入效率不高。
· 位点和片段大小影响:敲入位点的选择和外源片段大小会影响成功率。
· 细胞系差异:不同细胞系对HDR的响应不同,影响敲入效果。
· 筛选标记:是否含有筛选标记也会影响最终的敲入效率。
尽管如此,CRISPR/Cas9技术显著提高了KI小鼠模型的构建精度和灵活性,为基因功能研究提供了有力工具。
基因敲入技术可用于各种目的,除了在培养细胞中进行基因敲入外,还包括在动物模型中引入特定的遗传变异来研究其影响,补偿本地基因的丢失或故障,以及创造具有所需性状的转基因生物体。