Current Biology:当基因组编辑遇到有袋类动物

【字体: 时间:2021年07月23日 来源:生物通

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  日本理化学研究所(RIKEN)生物系统动力学研究中心的研究人员近日成功培育出第一只遗传改造的有袋类动物。

  

日本理化学研究所(RIKEN)生物系统动力学研究中心的研究人员近日成功培育出第一只遗传改造的有袋类动物。这项成果发表在《Current Biology》杂志上,有助于破译那些只出现在有袋类动物中的独特特征的遗传背景。

转基因动物,特别是小鼠和大鼠,是研究生物过程的极其重要的工具。研究人员常常让某个基因沉默,以了解它的正常功能。有袋类动物具有独特的特征,因此研究它们需要建立一个具有代表性的动物模型。

到目前为止,负鼠是最好的选择。它被认为是所有有袋类动物的祖先。作为第一只完成全基因组测序的有袋类动物,负鼠是一种很好的模型动物,因为它们的体型和繁殖特征与小鼠和大鼠相似。

与其他有袋类动物一样,负鼠有很多其他哺乳动物所没有的特征。它在没有正常胎盘的情况下发育,幼崽过早出生。与人类一样,它会因暴露在紫外线下而患上皮肤癌。此外,脊髓损伤的新生负鼠幼崽有自愈的能力。

由于这些独特的特征,有袋类动物的生物学研究引起了人们的兴趣。然而,若没有成熟的技术对有袋类动物进行遗传改造,就很难分析它们的遗传学。因此,日本理化学研究所的Hiroshi Kiyonari领导的研究团队开始利用新的基因编辑技术来推动负鼠研究。

基因组编辑需要系统地收集受精卵,因为溶液要注射到受精卵中。由于负鼠的发情周期较长,领地意识较强,即使生活在一起,一对负鼠也需要一周左右的时间才能交配,因此很难系统地开展实验。研究人员给雌性负鼠注射了一种激素来刺激其发情,成功缩短了交配所需的时间。

之后,他们将受精卵转移到一只可生育的雌性负鼠的子宫中,并成功获得了幼崽。这是首次在有袋类动物中建立胚胎移植技术。

基因编辑时通常需要使用细针将溶液注射到受精卵内。然而,由于负鼠的受精卵被一层厚厚的蛋白质和坚硬的壳状结构所包围,注射针无法穿透它。“我们成功的秘诀之一,”Kiyonari解释说,“是在用针的同时使用压电元件,这使得针头可以穿透受精卵的坚硬外壳。”

为了确认这种方法是否有效,研究人员编辑了一个负责制造身体色素的基因。当这个基因被破坏时,就不能产生色素,负鼠的皮肤也就没有颜色。这个实验产生的一些后代是白化病负鼠,其基因被下一代遗传,因此,这是第一次在有袋类动物中成功实现基因编辑。

在技术建立后,研究人员可以集中精力来回答关于有袋类动物的所有问题了。“有袋类动物是现存的三个哺乳动物亚纲之一,具有许多其他哺乳动物不具备的独特特征。未来的研究可以创造更多的转基因有袋类动物,对哺乳动物胚胎学、基因组印记、神经生物学、免疫遗传学、癌症生物学甚至是比较进化等领域产生影响。”Kiyonari说。

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Targeted gene disruption in a marsupial, Monodelphis domestica, by CRISPR/Cas9 genome editing

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