基因靶向（英語：gene targeting，又稱為基因打靶）是一種利用同源重組方法改變生物體某一內源基因的遺傳學技術。這一技術可以用於刪除某一基因、去除外顯子或導入點突變，從而可以對此基因的功能進行研究。基因打靶的效果可以是持續的，也可以是條件化的。例如，條件可以是生物體發育或整個生命過程中的一個特定時刻，或將效應限制在某一特定組織中。基因打靶的優點在於可以套用於任何基因，無需考慮其大小和轉錄活性。
2013年10月和11月分別獲得世界首例經過CRISPR/Cas9基因靶向修飾及TALENs基因靶向修飾的兩隻小猴。
基本介紹
- 中文名：基因靶向
- 外文名：gene targeting
- 又稱：基因打靶
- 篩選：用選擇培養基篩選已擊中的細胞
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技術介紹
“基因靶向”技術，通常被稱作基因敲除。是指對一個結構已知但功能未知的基因，從分子水平上設計實驗，將該基因去除，或用其他相近基因取代，然後從整體上觀察實驗動物，推測相應基因的功能。
技術發展
基因打靶技術是從20世紀80年代發展起來的，是建立在對同源重組不斷了解的基礎之上。首先是以酵母這種較為簡單的真核模式生物為基礎，來對相關技術進行研究。隨著外源DNA導入酵母細胞方法的建立、標記基因有效選擇的利用、同源重組轉化子篩選系統的建立、載體同源序列DNA（靶標）雙鏈斷裂提高同源重組效率的利用，使得基因打靶技術逐漸成熟起來。而對於哺乳動物細胞，由於其基因組比酵母細胞要大且複雜，基因打靶的成功率很低。因此要將基因打靶技術套用於哺乳動物，還需要新的策略。1989年，利用胚胎幹細胞，美國科學家馬里奧·卡佩奇和奧利弗·史密斯與英國科學家馬丁·埃文斯，將基因打靶技術成功地套用於小鼠；他們也因此獲得了2007年諾貝爾生理學與醫學獎。
2013年3月，雲南中科靈長類生物醫學重點實驗室、中科院昆明動物研究所、南京醫科大學、南京大學、同濟大學等多家單位合作，利用目前世界最新的基因組編輯技術CRISPR/Cas9和TALENs實現獼猴和食蟹猴兩個物種的靶向基因修飾，同年10月和11月分別獲得世界首例經過CRISPR/Cas9基因靶向修飾及TALENs基因靶向修飾的兩隻小猴。
原理方法
將外源DNA導入靶細胞後，利用基因重組，將外源DNA與靶細胞內染色體上同源DNA間進行重組，從而將外源DNA定點整合入靶細胞基因組上某一確定的位點。
對於不同的生物體，所使用的基因打靶的方法也不用。對於小鼠來說，大致的流程如下：
從小鼠胚胎上提取幹細胞；
同時，構建靶載體，靶載體中含有與靶基因同源的DNA片段；
將靶載體轉染到幹細胞中；
將篩選後獲得的含有靶載體的幹細胞進行擴增；
將含有靶載體的幹細胞注入小鼠胚胎；
胚胎髮育為嵌合體小鼠（部分器官為該改造後的幹細胞發育而成）後，通過選擇性培育（將嵌合體小鼠與正常小鼠交配，在下一代中進行篩選），獲得基因敲除小鼠（全部器官為該改造後的幹細胞發育而成）。
修改後的方法還可用於其他哺乳動物，如牛、羊、豬等。
基因打靶技術還被用於一些植物，特別是小立碗蘚的研究。
事例
“基因靶向”技術利用胚胎幹細胞改造老鼠體內的特定基因。在“基因靶向”技術的幫助下，科學家可以使實驗鼠體內的一些“不活躍”基因失去作用，從而發現這些基因的實際功能。科學家希望藉此發現人類一些疑難雜症在分子水平上的發病原因，並最終找到治療途徑。目前，“基因靶向”已被套用於對囊腫性纖維化、心臟病、糖尿病、阿爾茨海默症和癌症的研究。
在公報中，諾貝爾獎評審委員會指出，“基因靶向”的套用為人類的胚胎髮育以及人類對抗衰老和疾病帶來了希望。“在老鼠體內進行的‘基因靶向’已經滲透到生物醫學的各個領域。在未來許多年內，它將繼續幫助人類理解基因功能，繼續造福人類。”公報中這樣寫道。 2007年度諾貝爾獎評選活動於8日在瑞典首都斯德哥爾摩拉開帷幕。瑞典卡羅林斯卡醫學院當日宣布，將2007年度諾貝爾獎首個獎項——諾貝爾生理學/醫學獎授予美國人馬里奧·卡佩基、奧利弗·史密斯和英國人馬丁·埃文斯 ，以表彰他們在幹細胞研究方面尤其是“基因靶向”技術的發明方面所作的貢獻。
“基因靶向”的技術也已經運用到醫學以及化妝品領域中。
基因敲除
實驗步驟
構建重組基因載體
絕大多數的基因敲除策略都是基於同源重組的機制，其基因載體包括載體骨架、靶基因同源序列和突變序列及選擇性標記基因等非同源序列，其中同源序列是影響同源重組效率的關鍵因素。
用電穿孔顯微注射方法
把重組DNA轉入受體細胞（一般是胚胎幹細胞）核內。
同源重組
基因重組時以載體的同源序列取代染色體靶位序列，實現載體DNA同源目的序列與染色體靶位點的同源重組。
篩選
用選擇培養基篩選已擊中的細胞。
表現型研究研究
將擊中細胞轉移入胚胎使其生長成為轉基因動物，對轉基因動物進行形態觀察及分子生物學檢測。
RNAi引起
RNAi引起的基因敲除：由於少量的雙鏈RNA就能阻斷基因的表達，並且這種效應可以傳遞到子代細胞中，所以RNAi的反應過程也可以用於基因敲除。
