2023-10-30 CRISPR-cas9 脱靶检测流程

sanger测序法:

  1. 脱靶位点预测
    1.1 登陆 http://www.rgenome.net/cas-offinder/ 网站,输入靶点序列,自动预测易脱靶位点。
    1.2 本次参数:SpCas9 from Streptococcus pyogenes: 5'-NGG-3';Sus scrofa (susScr11) - Pig;Mismatch Number 4;DNA Bulge Size 2;RNA Bulge Size 2。
  2. 数据筛选与整理
    2.1 下载数据后使用excel工具打开并进行筛选,筛选条件根据自己要求自己设定,本次设定:Mismatch Number 1;Bulge Size 2
    2.2 根据position位置整理信息,三列:chr position+300 position-300
  3. 序列抓取
    3.1 登录 https://hgdownload.soe.ucsc.edu/goldenPath/susScr11/bigZips/ 网站,下载猪的基因组序列。
    3.2 解压数据,使用tbtools工具(Fasta Extract(Recommended))进行序列提取,input放入基因组序列,out设置输出位置和名字,idlist输入2.2整理信息,start
  4. 引物设计
    将3.2获得的序列信息整理到word中,使用bioXM工具辅助设计引物。
  5. PCR扩增、检测、测序
    使用上步设计的引物进行扩增,电泳检测后送公司进行测序。
  6. 测序结果分析
    将预测脱靶位点上下游300bp序列BLAST到靶点序列,输出模式为pairwise方便定位靶点信息,定位好靶点信息后,将靶点信息序列在测序峰图中检索,确认测序结果与预测脱靶位点是否一致,若一致则未脱靶。

高通量测序法:


image.png
  1. 脱靶位点预测
    1.1 登陆 http://www.rgenome.net/cas-offinder/ 网站,输入靶点序列,自动预测易脱靶位点。
    1.2 本次参数:SpCas9 from Streptococcus pyogenes: 5'-NGG-3';Sus scrofa (susScr11) - Pig;Mismatch Number 5;DNA Bulge Size 2;RNA Bulge Size 2。
  2. 数据筛选与整理
    下载数据后使用excel工具打开并进行筛选,筛选条件根据自己要求自己设定,本次设定两个参数,参数一:Mismatch Number 2;Bulge Size 1,参数二:Mismatch Number 0;Bulge Size 2,参数二:Mismatch Number 3;Bulge Size 0,去除冗余位点后共计99个。
  3. 全基因组snp分析
    高通量测序由公司进行,将2中设定的潜在脱靶位点与产生的SNP位点比对, 若snp位点处于潜在脱靶位点位置序号±20bp 的范围,进一步进行序列比对,查看是否脱靶。若snp位点处于潜在脱靶位点位置序号±20bp 的范围之外,则可初步判定该位点未发生脱靶。

NOTE:

  1. DNA Bulge Size
    定义:在sgRNA与DNA靶序列配对时,若DNA链上出现无法与sgRNA配对的额外碱基,这些未配对的碱基会在DNA链上形成局部凸起(类似“鼓包”),称为DNA Bulge。
    示例:
    sgRNA序列:A-A-A-A-A
    DNA靶序列:A-A-C-G-A-A-A
    此时,中间的C-G无法与sgRNA配对,导致DNA链上出现2个未配对的碱基(Bulge Size=2)。
    意义:
    CRISPR系统(如Cas9)允许DNA靶序列存在少量未配对碱基(Bulge),但仍可能切割。预测工具通过设置DNA Bulge Size参数,可评估允许的DNA凸起大小(如0、1、2个碱基),从而筛选潜在的脱靶位点。

  2. RNA Bulge Size
    定义:若sgRNA链上存在无法与DNA靶序列配对的碱基,这些碱基会在RNA链上形成凸起,称为RNA Bulge。
    示例:
    sgRNA序列:A-A-G-A-A-A
    DNA靶序列:A-A-A-A-A
    此处sgRNA中的G无法配对,导致RNA链出现1个未配对碱基(Bulge Size=1)。
    意义:
    与DNA Bulge类似,RNA Bulge的存在可能影响CRISPR系统的结合效率。预测工具通过设置RNA Bulge Size参数,控制允许的RNA凸起大小。

3.为什么需要关注这两个参数?
脱靶效应容忍度:CRISPR系统对DNA或RNA链上的少量Bulge有一定容忍度,可能导致意外切割(脱靶)。
预测准确性:
若设置DNA/RNA Bulge Size=0,仅预测完全匹配的位点(严格,但可能漏检);
若设置Bulge Size=1-2,会纳入含凸起的潜在脱靶位点(敏感,但假阳性可能增加)。
实验设计:合理调整这两个参数,可平衡预测结果的敏感性与特异性,优化sgRNA设计。

4.应用示例
假设使用工具Cas-OFFinder预测脱靶位点:
若设置DNA Bulge Size=2,工具会筛选DNA链上最多有2个未配对碱基的位点;
若设置RNA Bulge Size=1,则会纳入RNA链上有1个未配对碱基的位点。
通过调整这些参数,研究者可以更全面地评估sgRNA的潜在脱靶风险,从而设计出更安全的基因编辑方案

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