دانشگاه تربیت مدرس زیست فناوری 2322-2115 10 2 2019 06 22 Targeted Genome Editing Techniques and its Bioinformatic Tools: A Survey مرور جامعی بر تکنیک‌های ویرایش هدفدار ژنوم و ابزارهای بیوانفورماتیکی آن 263 286 22497 FA عباسعلی امام جمعه گروه بیوانفورماتیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه زابل، زابل، ایران حسین ادیم مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی خراسان شمالی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، بجنورد، ایران جواد ظهیری گروه بیوفیزیک، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران ،ایران Journal Article ​Genome editing using targetable nucleases is an emerging technology for precise genome modification in many organisms with hight ability and capability. All targeted genome engineering relies on the introduction of a site-specific double-strand break (DSB) in a pre-determined genomic locus by a rare-cutting DNA endonuclease. Subsequent repair of this DSB by non-homologous end joining (NHEJ) or homology-directed repair (HDR) generates the desired genetic modifications such as gene disruption, gene insertion, gene correction, etc. Three types of endonucleases, namely ZFNs (zinc finger nucleases), TALENs (transcription activator-like effector nucleases), and the CRISPR (clustered regularly interspersed short palindromic regions) associated (Cas9) system have been predominantly utilized for gene editing. Targeted genome engineering or editing enables researchers to modify genomic loci of interest in a precise manner, which has a turning point in medicine, biological research, and biotechnology. Treatment of human immunodeficiency virus (HIV) infection with ZFN-mediated CCR5 gene disruption is one of the indicator examples of the ability of ZFNs in genome editing. The emergence of TALENs in 2010 has enabled the genome modification of non- model organisms, while the emergence of the CRISPR/Cas9 system in 2013 as a revolutionary genome-editing tool has allowed us to anticipate the forthcoming new era of genome editing research. Soon, it is likely that tgenome editing also will provide the possibility of treating genetic diseases. Genome editing is also hoped to be available for use in the generation of crops and livestock with useful traits. An example would be the production of edible fungi resistant to browning by inactivation of the genes encoding polyphenol oxidase in 2016 under the non-GMO genetically edited crop plants and production of herbicide-resistant rice and rapeseed using CRISPR/Cas9 systems. In this article, we review essential genome editing tools, summarize their applications in crop improvement, as well as, next-generation crop breeding and their computational resources will be discussed. مهندسی هدف‌دار ژنوم تغییر دقیق ژنوم در بسیاری از موجودات زنده با استفاده از نوکلئازهای مهندسی‌شده که امروزه به‌عنوان یک تکنولوژی نوظهور با قابلیت و قدرت بالا مطرح‌شده، است. همه ابزارهای مهندسی ژنوم مبتنی بر ایجاد شکست دورشته‌ای (DSBs) در جایگاه هدف و سپس ترمیم متعاقب آن از طریق یکی از دو مسیر نوترکیبی همولوگ (HDR) یا اتصال انتهاهای غیرهمولوگ (NHEJ) هستند که از این طریق قادرند تا تغییرات ژنتیکی مورد نظر و دلخواه را ایجاد کنند. ابزارهای اصلی ویرایش ژنوم شامل اندونوکلئازهای انگشت‌روی (ZFNs)، اندونوکلئازهای افکتور شبه‌فعال‌کننده رونویسی (TALENs) و سیستم کریسپرکاس/Crispr)Cas۹)هستند. این قبیل ابزارها با ایجاد تغییرات دقیق در اطلاعات ژنتیکی برای اهداف مختلف، تحول بزرگی را در علوم مختلف به‌خصوص پزشکی، تحقیقات بیولوژیک و بیوتکنولوژی ایجاد نموده‌اند. بهبود بیماری نقص ایمنی اکتسابی (AIDS) از طریق تخریب ژن CCR۵ با میانجی‌گری ZFN یکی از مثال‌های شاخص به‌منظور نشان‌دادن قابلیت بالای ZFNs در ویرایش ژنوم است. تغییر ژنوم در موجودات زنده غیرمدل با پیدایش TALENs در سال ۲۰۱۰ امکان‌پذیر شد. سپس در سال ۲۰۱۳، سیستم CRISPR/Cas۹ باعث شد تا دوره جدیدی از تحقیقات مربوط به ویرایش ژنوم آغاز شود، به‌طوری که از آن به‌عنوان انقلابی در بیولوژی یاد می‌شود. همچنین به‌زودی ویرایش ژنوم امکان درمان بیماری‌های ژنتیکی را نیز فراهم خواهد آورد. چشم‌انداز ویرایش ژنوم در تولید محصولات و دام‌های با ویژگی‌های مفید نیز امید‌بخش است. به‌عنوان مثال می‌توان به تولید قارچ خوراکی مقاوم به قهوه‌ای‌شدن اشاره نمود، که این محصول با غیرفعال‌کردن ژن‌های کدکننده پلی‌فنول‌اکسیداز تولید شده است. تولید کلزا و برنج مقاوم به علفکش با سیستم CRISPR/Cas۹ نیز از این موارد است. این قبیل محصولات تحت عنوان محصول ویرایش‌شده‌ای که تراریخته (GMOs) نیستند، شناخته شده‌اند. در این مرور به ابزارهای اصلی ویرایش ژنوم، خلاصه‌ای از کاربرد آنها در بهبود محصولات زراعی و نسل آینده اصلاح گیاهان زراعی و منابع اصلی محاسباتی آنها پرداخته خواهد شد. https://biot.modares.ac.ir/article_22497_30053752ef1262ce2cc6cea7d4f6e41a.pdf