突變是基因組進化的基礎。舉例來說，現(xiàn)有序列經過重復和加倍可以形成更大的基因組?？査刽敹蚶砉W院（KIT）的科學家們用自己開發(fā)的CRISPR/Cas系統(tǒng)揭示了基因組進化的重要機制。他們在美國國家科學院院刊PNAS雜志上發(fā)表文章指出，修復彼此相對的單鏈DNA斷裂會引起序列重復。

細菌一直在與病毒或入侵核酸進行斗爭，為此它們演化出了多種防御機制，CRISPR-Cas適應性免疫系統(tǒng)就是其中之一。規(guī)律成簇的間隔短回文重復CRISPR與內切酶Cas的組合，可以在引導RNA的指引下，靶標并切割入侵者的遺傳物質。2012年研究者們利用這一特點，將CRISPR系統(tǒng)發(fā)展成了強大的基因組編輯工具。該系統(tǒng)使用簡單而且擴展性強，很快便成為了生物學領域的香餑餑。

研究人員構建了能夠剪切DNA單鏈的CRISPR/Cas系統(tǒng)，向擬南芥基因組引入不同間距的單鏈斷裂，然后通過測序分析DNA修復的結果。他們發(fā)現(xiàn)，如果兩條DNA單鏈均發(fā)生斷裂而且斷裂位點相距較遠，修復過程就會使斷裂位點附近生成短序列的串聯(lián)重復。這種串聯(lián)重復在植物基因組中很常見。研究還表明，多個DNA單鏈斷裂能夠引發(fā)基因組修飾。植物基因組經常會發(fā)生這樣的DNA斷裂，尤其是在紫外光的照射下。這些發(fā)現(xiàn)可以幫助人們進一步理解植物基因組的進化程序。

CRISPR/Cas9基因組編輯技術給分子生物學領域帶來了一場變革。與如火如荼的動物研究相比，植物CRISPR研究是一個比較冷門的方向。這就像是一塊沒有被完全開發(fā)的景點，走進去往往可以領略到不一樣的風景。那么，假如我們涉足這一領域需要注意哪些主要的問題呢？

釀膿鏈球菌的Cas9現(xiàn)在已經被廣泛用于基因組編輯。那么，對Cas9進行基因工程改造將面臨哪些限制呢？加州大學伯克利分校的研究團隊通過隨機插入突變對Cas9結構進行了全面分析，鑒定了這種蛋白的基因改造熱點。這些位點可以耐受PDZ結構域的插入，不影響Cas9的結合和剪切功能。

在CRISPR系統(tǒng)的基礎上使用sgRNA文庫進行遺傳篩選，是鑒定基因調控子的一種有效方法。研究者們可以通過CRISPR篩選在基因組非編碼區(qū)域中尋找功能性元件。不過這樣的應用需要高度覆蓋又簡單實用的自定義sgRNA文庫。耶魯大學醫(yī)學院的研究人員開發(fā)了一個名為Molecular Chipper的新技術。該技術能夠針對指定基因組區(qū)域生成密集覆蓋的sgRNA文庫。