谢卡斌
谢卡斌教授是国际上较早一批开展基因组编辑研究的青年科学家,他的研究中巧妙运用了 tRNA 成熟过程中的自我剪切机制,将 CRISPR-cas 系统中的 guideRNA 与 tRNA 串联,达到精确的
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研究学习经历:

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谢卡斌教授是国际上较早一批开展基因组编辑研究的青年科学家,他的研究中巧妙运用了 tRNA 成熟过程中的自我剪切机制,将 CRISPR-cas 系统中的 guideRNA 与 tRNA 串联,达到精确的多基因同时编辑的效果。

生物 360 精选了谢卡斌教授在 2015-2016 年发表的 3 篇文章,翻译摘要以供读者更好的了解其工作成果。由于个人翻译水平有限,如有错误感谢您的指正。

1.Bastian Minkenberg, Kabin Xie, Yinong Yang. Discovery of rice essential genes by characterizing CRISPR-edited mutation of closely related rice MAP kinase genes. Plant Journal, 2016, DOI: 10.1111/tpj.13399.(注:开源 paper 可下载)

通过表征 CRISPR 编辑的水稻 MAP 激酶紧密相关的基因突变,发现水稻必需基因

摘要:CRISPR/Cas9 系统依赖于 gRNA 来指定其靶标。通过有效地共表达靶向不同基因组位点的多种 gRNA,多顺反子 tRNA-gRNA 基因(PTG)方法能够在密切相关的水稻丝裂原活化蛋白激酶(MPK)基因家族中进行多重基因编辑。在这项研究中,我们通过在 CRISPR 编辑突变体中保护 MPK 功能等位基因和正常表型的发现,确定 MPK1 和 MPK6(分别是拟南芥 AtMPK6 和 AtMPK4 直系同源物)是水稻发育的必要基因。MPK1 的真正敲除突变体出现严重矮化和不育,来自杂合亲本的纯合 mpk1 种子在胚发育中有缺陷。与之相反的是,杂合的 mpk6 突变植物完全不能产生纯合的 mpk6 种子。另外,某些特定 MPK 特征的功能重要性可以通过表征 MPIS6 的保守激酶结构域中的 CRISPR 诱导的等位基因变异来评估。通过同时靶向密切相关的 MPK 基因中的两个到八个基因组站点,我们发现双等位基因突变频率在 45 至 86%,并且成功产生了单、双和四重基因突变体。片段插入和片段缺失均稳定遗传到下一代,并且通过遗传分离容易获得水稻 MPK 基因的无转基因突变体,从而消除了转基因插入的任何位置效应。总之,我们的研究揭示了 MPK1 和 MPK6 在水稻发育过程中的本质,并促使了以前因为表型被掩盖或冗余而被忽略的基因功能或领域得以被发现。

2.Yuduan Ding, Hong Li, Ling-Ling Chen (#) and Kabin Xie (#). Recent advances in genome editing using CRISPR/Cas9. Front. Plant Sci. 2016, 7:703.(注:开源 paper 可下载)

使用 CRISPR / Cas9 编辑基因组的最新进展

摘要:CRISPR(聚簇定期间隔短回文重复)-Cas9(CRISPR 相关核酸酶 9)系统是基因组工程的通用工具,其使用 gRNA 将 Cas9 靶向特定序列。这种简单的 RNA 引导基因组编辑技术已经成为生物学中的革命性工具,并在不同领域有许多创新的应用。在本综述中,我们简要介绍 Cas9 介导的基因组编辑方法,总结 CRISPR / Cas9 技术的最新进展,并讨论它们对植物研究的影响。到目前为止,Cas9 / gRNA 系统已经在许多植物物种中完成了靶向基因敲除,并且通过优化它和 gRNA 的表达,改善了 Cas9 的靶向效率和编辑能力。CRISPR / Cas9 系统还可用于靶基因的序列特异性诱变 / 整合和转录控制。此文还讨论了脱靶效应和前间区序列邻近基序(PAM)对 CRISPR / Cas9 基因组工程的限制。为了解决这些问题,一些生物信息学工具可用于帮助设计特定的 gRNA,并可以设计新的 Cas9 变体、高保真同源序列和供选择的 PAM 特异性。随着这些努力,CRISPR / Cas9 系统正在成为基因组工程的革命性工具。在植物研究中采用 CRISPR / Cas9 技术将能够以前所未有的深度探索植物生物学,并在精确作物育种中创造创新应用。

3.Kabin Xie, Bastian Minkenberg and Yinong Yang. Boosting CRISPR/Cas9 multiplex editing capability with the endogenous tRNA-processing system. PNAS. 2015, 112(11): 3570-3575. (注:开源 paper 可下载)

利用内源性 tRNA 加工系统提高 CRISPR / Cas9 多重编辑能力

摘要: 聚集的规则间隔的短回文重复(CRISPR)/ CRISPR 相关蛋白 9 核酸酶(Cas9)系统已成为基因组工程在基础研究、分子治疗和作物改良的强大工具。该系统使用小的 gRNA 将 Cas9 内切核酸酶导向特定的 DNA 位点,因此其靶向能力在很大程度上受到表达 gRNA 的装置的限制。在这项研究中,我们开发了一个从单个多顺反子基因生产许多 gRNA 的通用方法,。内源性 tRNA 加工系统能够精确切割 tRNA 前体的两端,故可以设计为简单强大的平台,以提高 CRISPR / Cas9 系统的靶向和多重编辑能力。我们证明了具有串联排列的 tRNA-gRNA 结构的合成基因能够被有效且精确地在体内加工成带有期望的 5' 靶向序列的 gRNA,这种 gRNA 指导 Cas9 编辑多个染色体。使用这种方法,我们在稳定的转基因水稻作物上实现了高效(高达 100%)的多重基因组编辑和染色体片段删除。因为 tRNA 及其加工系统在所有活体生物中差不多是保守的,所以该方法可广泛用于提高 CRISPR / Cas9 工具包的靶向能力和编辑效率。

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代表性论文:

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1. Fengping Dong(*), Kabin Xie(*), Yueying Chen, Yinong Yang, Yingwei Mao. Polycistronic tRNA and CRISPR guide-RNA enables highly efficient multiplexed genome engineering in human cells. Biochemical and Biophysical Research Communications. 2016, doi: 10.1016/j.bbrc.2016.11.129. (IF: 2.3, * equal contribution)

2. Bastian Minkenberg, Kabin Xie, Yinong Yang. Discovery of rice essential genes by characterizing CRISPR-edited mutation of closely related rice MAP kinase genes. Plant Journal, 2016, DOI: 10.1111/tpj.13399. (IF: 5.4)

3. Yuduan Ding, Hong Li, Ling-Ling Chen (#) and Kabin Xie (#). Recent advances in genome editing using CRISPR/Cas9. Front. Plant Sci. 2016, 7:703. (IF: 4.5, # co-corresponding author)

4. Kabin Xie, Bastian Minkenberg and Yinong Yang. Boosting CRISPR/Cas9 multiplex editing capability with the endogenous tRNA-processing system. PNAS. 2015, 112(11): 3570-3575. (IF: 9.8)

5. Kabin Xie, Jianping Chen, Qin Wang, Yinong Yang. Direct phosphorylation and activation of a mitogen-activated protein kinase by a calcium-dependent protein kinase. Plant Cell. 2014, 26(7): 3077-3089. (IF: 9.5)

6. Kabin Xie, Jianwei Zhang and Yinong Yang. Genome-wide prediction of highly specific guide RNA spacers for the CRISPR-Cas9-mediated genome editing in model plants and major crops. Mol Plant. 2014, 7(5): 923-926. (IF: 6.1)

7. Yujie Fang, Kabin Xie, Lizhong Xiong. Conserved miR164-targeted NAC genes negatively regulate drought resistance in rice. J. Exp. Bot. 2014, 65 (8): 2119-2135. (IF: 5.2)

8. Kabin Xie and Yinong Yang. RNA-guided genome editing in plants using a CRISPR-Cas system. Mol Plant. 2013, 6(6):1975-1983. (cover story, IF: 6.1)

9. Kabin Xie, Jianqiang Shen, Xin Hou, Jialing Yao, Xianghua Li, Jinghua Xiao, Lizhong Xiong. Gradual increase of miR156 regulates temporal expression changes of numerous genes during leaf development in rice. Plant Physiol. 2012, 158(3):1382-94. (IF: 6.5)

10. Jianqiang Shen(*), Kabin Xie(*), Lizhong Xiong. Global expression profiling of rice microRNAs by one-tube stem-loop reverse transcription quantitative PCR revealed important roles of microRNAs in abiotic stress responses. Mol Genet Genomics. 2010, 284(6):477-88. (*co-first author. IF:2.45)

11. Yujie Fang, Kabin Xie, Xin Hou, Honghong Hu, Lizhong Xiong. Systematic analysis of GT factor family of rice reveals a novel subfamily involved in stress responses. Mol Genet Genomics. 2010, 283(2):157-69. (IF: 2.45)

12. Xin Hou, Kabin Xie, Jialing Yao, Zhuyun Qi, and Lizhong Xiong. A homolog of human ski-interacting protein in rice positively regulates cell viability and stress tolerance. PNAS. 2009, 106(15): 6410-6415. (IF: 9.43)

13. Xipeng Ding, Xin Hou, Kabin Xie, Lizhong Xiong. Genome-wide identification of BURP domain-containing genes in rice reveals a gene family with diverse structures and responses to abiotic stresses. Planta. 2009, 230(1):149-63. (IF: 3.37)

14. Tingting Lu, Xuehui Huang, Chuanrang Zhu, Tao Huang, Qiang Zhao, Kabin Xie, Lizhong Xiong, Qifa Zhang and Bin Han. RICD: A rice indica cDNA database resource for rice functional genomics. BMC Plant Biology. 2008, 8:118. (IF: 4.0)

15. Yujie Fang, Jun You, Kabin Xie, Weibo Xie and Lizhong Xiong. Systematic sequence analysis and identification of tissue-specific or stress-responsive genes of NAC transcription factor family in rice. Mol Genet Genomics. 2008, 280(6):547-563. (IF: 2.83)

16. Kabin Xie, Congqing Wu, Lizhong Xiong. Genomic organization, differential expression, and interaction of SQUAMOSA promoter-binding-like transcription factors and microRNA156 in rice. Plant Physiol. 2006, 142(1): 280-293. (IF: 6.1)

17. Congqing Wu, Honghong Hu, Ya Zeng, Dacheng Liang, Kabin Xie, Jianwei Zhang, Zhaohui Chu, Lizhong Xiong. Identification of novel stress-responsive transcription factor genes in rice by cDNA array analysis. J Integr Plant Biol. 2006, 48(10): 1216−1224. (IF: 0.5)

18. Jing Ning, Bin Yuan, Kabin Xie, Honghong Hu, Congqing Wu, Lizhong Xiong. Isolation and identification of SA and JA inducible protein kinase gene OsSJMK1 in rice. J Gene Genomics. 2006, 33 (7): 625-633.

19. Jianwei Zhang, Qi Feng, Caoqing Jin, Deyun Qiu, Lida Zhang, Kabin Xie, Dejun Yuan, Bin Han, Qifa Zhang, Shiping Wang. Features of the expressed sequences revealed by a large-scale analysis of ESTs from a normalized cDNA library of the elite indica rice cultivar Minghui 63. Plant J. 2005, 42 (5):772-80. (IF: 6.5)

20. Kabin Xie, Jianwei Zhang, Yong Xiang, Qi Feng, Bin Han, Zhaohui Chu, Shiping Wang, Qifa Zhang, Lizhong Xiong. Isolation and annotation of 10828 putative full length cDNAs from indica rice. Science in China Series C. 2005, 48(5):445-451. (IF: 0.5)

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