手把手教你学会 CRISPR Cas9 基因敲除技术

CRISPR/Cas 是进行基因编辑的强大工具，可以对基因进行定点的精确编辑。在向导 RNA（guide RNA， gRNA）和 Cas9 蛋白的参与下，待编辑的细胞基因组 DNA 将被看作病毒或外源 DNA，被精确剪切。

一、寻找目的基因的靶标

使用在线设计网站 CRISPR direct，如需直接复制网址，可在生物学霸后台对话框回复 direct即可。

靶点挑选要点：

1. 基因敲除靶点应设计在起始密码子附近（包括起始密码子）或者起始密码子下游的外显子范围内。

2. 不同 Cas9/gRNA 靶点在基因敲除效率上有较大差异，因此同时设计构建 2～3 个靶点的基因敲除载体再从中选出敲减效果较佳的靶点。

3. N1-N20NGG 靠近 PAM 的碱基对靶点的特异性很重要，前 7～12 个碱基的错配对 Cas9 切割效率影响较小。设计好的靶点序列应在基因库中进行 BLAST 检测。

   

4. Cas9Nicknase 需要挑选成对的靶点。一般在正义链和反义链上分别挑选相距 20～30bp 的靶点配对。多对靶点的敲除效率常有较大差异。由于基因敲除实验时间长，在正式对目的细胞进行敲除前对靶点进行验证和挑选非常必要。

二、 插入片段设计

插入寡核苷酸序列设计（必须 PAGE 纯化寡核苷酸）：

正向序列

5’ACACCGNNNNNNNNNNNNNNNNNNNGTTTTAGAGCTAGAAATAGCAAGTTAAAATAAGGCTAGTCCGTT3’

反向序列

3’TGTGGCNNNNNNNNNNNNNNNNNNNCAAAATCTCGATCTTTATCGTTCAATTTTATTCCGATCAGGCAA5’

插入片段的合成

1. 用水将寡核苷酸稀释为 100 μM。按以下体系配制退火反应体系：

2. 正义寡核苷酸（100 μM）5μl

3. 反义寡核苷酸（100 μM）5μl

4. NaCl 100 mM（终浓度）

5. Tris‐Cl pH7.4 50 mM（终浓度）

6. 加水补足 50 μl

7. 将配制好的退火反应缓冲液重复混合，短暂离心后放置 PCR 仪上，运行以下程序： 90℃ 4 min， 70℃ 10 min， 55℃ 10 min， 40℃ 10 min， 25℃ 10 min。退火后的寡核苷酸可以立刻使用或者在 ‐20℃ 长期保存。

三、 pCas9/gRNA 基因敲除载体的构建

用 EcoRV 酶切 2 μg pCas9/gRNA 载体（inovogen）。通常情况下用大约 20～30 单位的酶大约 3 小时可以酶切完全。酶切后我们建议用琼脂糖凝胶回收线性化载体。将回收后的线性化载体定量，通常线性化载体的工作浓度为 50～100ng/μl。连接用水将退火后双链寡核苷酸 (10 μM) 稀释 100 倍备用。

连接反应体系：

T4 DNA 连接酶 5U

EcoRV 5U

线性化载体 2 μl

稀释 100 倍后双链寡核苷酸 1 μl

10× 连接酶 Buffer 1 μl

50% PEG4000 1 μl

加水补足 10 μl

反应条件： 22℃ 30 min， 37℃ 15 min。

注：

1. 平末端连接效率较低，在连接体系中添加 PEG4000 可以提高连接效率。

2. 在连接体系中添加 EcoRV 酶可以显著提高阳性率。

四、 转化大肠杆菌感受态细胞及通过载体上的引物进行 PCR 鉴定阳性克隆

挑选阳性克隆进行测序验证, 验证正确后, 提取质粒进行转染试验, 关于 sgRNA 是否有效。可以转染之后，直接提取 DNA，通过测序验证，如果在靶标位点附近开始出现杂乱的多峰说明是 sgRNA 有效，如果没有则该 sgRNA 无效。

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作者：小小左

图片来源：小小左

题图来源：丁香通