苏州大学 973 首席科学家 CRISPR 研究成果

来源:生物通 / 作者: / 2016-03-18
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2016 年 3 月 15 日,苏州大学基础医学与生物科学学院王晗课题组,在国际著名学术期刊《Scientific Reports》发表一项最新研究成果,题为“Targeted disruption of sp7 and myostatin with CRISPR-Cas9 results in severe bone defects and more muscular cells in common carp”。这项研究证明,TALEN 和 CRISPR-Cas9 都是修改普通鲤鱼基因组的高度有效的工具,并为促进鲤鱼遗传学研究和育种,开辟了新的途径。

本文通讯作者为苏州大学基础医学与生物科学学院博士生导师、特聘教授王晗,其本科毕业于安徽大学,获中科院硕士学位,美国韦恩州立大学博士学位,曾在美国佐治亚医学院、俄勒冈大学和俄克拉荷马大学从事博士后研究和助理教授,2009 年至今,任苏州大学医学部基础医学与生物科学学院特聘教授、国家重大研究计划项目首席科学家。主要研究方向为生物钟分子遗传和基因组调控机制、生物钟对生殖和发育的影响、生物钟进化的分子遗传和基因组机制等领域,曾在 Nature Genetics、Development、Evolution 和 Journal of Molecular Evolution 等杂志发表 40 余篇学术论文。

在 2014 年 12 月份,王晗教授带领的课题组,利用 TALEN 技术,成功制备了两种斑马鱼 per2 无效突变体,阐明了 Per2 在斑马鱼生物钟中的基本功能,并为 PER2 在脊椎动物昼夜节律系统中的积极作用,提供了关键的证据,相关研究发表在《Journal of Biological Chemistry》杂志 (苏州大学利用 TALEN 技术研究斑马鱼生物钟)。此后,相继有研究机构在斑马鱼中进行了 CRISPR 研究,例如:快速便宜的 CRISPR/Cas9 突变体筛选方法;用 CRISPR 实现斑马鱼高效基因敲入;用 CRISPR 斑马鱼实现大规模基因打靶。

普通鲤鱼(Cyprinus carpio)作为一种杂食的滤食性鱼,在 100 多个国家广泛养殖,其驯化品种锦鲤,因其鲜艳的花纹和图案,成为最受欢迎的户外观赏鱼。普通鲤鱼作为一种重要的水产养殖品种,通常体重超过 3 公斤,能够长到 1 米的长度。鲤鱼的年产量约为 370 万公吨,价值 5.31 亿美元。

鲤鱼也是生态学、进化、环境毒理学、生理学、营养学、免疫学、发育学、育种和转基因研究的一种模式生物。虽然鲤鱼作为一种食物来源具有重要的经济价值,但它的肌间骨,使其在世界一些地区并不是一种美味佳肴。因此,为了提高其品质和经济价值,并且方便其作为生物模型的实用性,迫切需要对其进行遗传改良。然而,由于其相对较长的成熟期——约 3 至 4 年,较不频繁的产卵——每年只有一次,使得鲤鱼的遗传学研究和育种一直都是非常困难的。

随着最近有关“普通鲤鱼基因组草图序列以及其他遗传和基因组资源”的报道出现(我国科学联合完成首个鲤鱼全基因组序列图谱),鲤鱼研究领域最迫切的需要是,对其开发基因组编辑工具。为此,该研究小组将 TALEN 和 CRISPR 技术应用于鲤鱼研究。TALEN 和 CRISPR-Cas9 是两种设计的位点特异性基因组编辑系统,各自由一个 DNA 识别 / 结合部分和一个 DNA 裂解部分组成。

在 TALEN 系统中,两个 TALE 结构域是 DNA 识别 / 结合部分,两个 FokI 结构域是 DNA 断裂部分,而在 CRISPR-Cas9 系统中,单导向 RNA(gRNA)负责 DNA 识别 / 结合,Cas9 内切酶用来切割 DNA。一对 TALENs 或者一个具有 Cas9 蛋白的 gRNA,可以引起位点特异性的 DNA 双链断裂(DSBs),这会诱导内源性非同源末端连接(NHEJ)的 DNA 修复途径,以在人体细胞和许多物种(包括大鼠、小鼠、斑马鱼、牛和植物)以及许多领域(如基础研究、临床治疗、农业和畜牧业)的靶基因中产生插入缺失突变。

此外,CRISPR-Cas9 具有操作容易、效率高和比 TALEN 成本低的优势,尤其是,CRISPR-Cas9 可允许干细胞或受精卵中的多个基因诱变,并产生在 F0 代具有明显表型的双等位基因突变体,用于研究基因功能,而不用跨越几代对动物进行杂交。然而,到目前为止,这两种方法都没有被应用于鲤鱼研究。

在这项研究中,该研究小组采用 TALEN 和 CRISPR-Cas9 技术,来修改与骨形成有关的基因,如 sp7 基因——一个含有锌指的转录因子,在成骨细胞中表达,它能激活前成骨细胞分化为成熟的成骨细胞和骨细胞。此外,研究人员使用这两种技术,修改与骨形成相关的其他基因,包括 runx2 基因(runt 相关转录因子 2)——调节成骨细胞分化和骨发育的一个关键转录因子;spp1(分泌磷蛋白 1)——参与骨矿化的一个后期成骨细胞特异性标记;opg(骨保护素)——参与影响破骨细胞形成的一个骨保护分子;和 bmp2(编码骨形态发生蛋白 2),从而促进 runx2 和 sp7 的表达,并诱导表达 spp1、骨钙素等成骨基因的表达。

该研究小组还使用这两种系统来修改 mstnba——转化生长因子 -β超家族的一个成员,以及骨骼肌生长的一个负调控因子。与野生型小鼠相比,Mstn 基因敲除小鼠,在肌纤维的大小和肌细胞数量上显示出 2 到 3 倍的增加。

这些研究结果表明,mstnba-CRISPR 和 sp7a-CRISPR 突变的鲤鱼,表现出肌肉或骨骼缺陷。研究人员还以很高的效率在鲤鱼中产生了 mstnba; sp7a 的双突变体。总之,这些结果表明,TALEN 和 CRISPR-Cas9 系统,都是鲤鱼遗传学研究和育种的有效的基因组编辑工具。

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换一换

很多基础研究人员利用了这些潜规则,突破底线,制造了大量无用,甚至有害的SCI

是真的吗,我是.hsv1有用吗,不会是假新闻吧

确实挺好的。

是不错!!

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