强大的基因编辑方法使轮虫成为实验动物的“宝殿”

轮虫是研究衰老生物学、DNA修复机制和其他基本问题的优秀研究生物。现在，利用CRISPrCas9的一种创新应用，伍兹霍尔海洋生物实验室的科学家们设计了一种方法，可以对轮虫基因组进行精确的、可遗传的改变，使更大的科学家群体能够将轮虫作为一种遗传上可控制的实验室生物。

　　

微小的、会游泳的轮虫使它们成为理想的研究对象。虽然肉眼几乎看不见这些透明的动物和它们的内脏，但在显微镜下很容易观察到。更重要的是，它们很容易在实验室培养中生长，为科学家们提供了一个难以从动物王国的角落获得的视角。

然而，虽然轮虫已经被许多研究小组用于实验一个多世纪了，但迄今为止，科学家们还缺乏轻易操纵轮虫基因的能力，这给他们用这些动物进行的实验设置了严格的限制。

海洋生物实验室(MBL)的克里斯汀·格里布尔(Kristin Gribble)和大卫·马克·韦尔奇(David Mark Welch)共同努力，设计了一种利用基因编辑系统CRISPR-Cas9精确改变轮虫基因组的方法，克服了这一挑战。在《公共科学图书馆·生物学》中描述的实验中，他们的团队编辑了两个基因，并添加了一个基因序列，以产生轮虫代代相传的变化。

MBL的资深科学家、约瑟芬·贝·保罗比较分子生物学和进化中心主任马克·韦尔奇说:“事实证明，我们的方法是一种非常实用的方法，可以相当快地产生大量转基因轮虫。”

这一进展不仅有利于他的实验室和格里布尔的实验室，他们利用轮虫来研究衰老生物学、DNA修复机制和其他基本问题，而且还将“打开一个领域，让更多的人与这些动物一起工作，”马克·韦尔奇说。

培育一种微小的水生实验动物

某些生物——例如大肠杆菌、果蝇和老鼠——已经成为科学家在研究中经常使用的模式生物。然而，把它们放在一起，它们并不能充分代表生命的全部多样性。

MBL团队的目标是将轮虫添加到这组遗传易感的生物中，因为作为与现代动物祖先关系密切的微小无脊椎动物，它们为进化、发育和生物学的其他方面提供了重要的视角。

为了使轮虫成为模式生物，研究人员需要有能力调整这些动物的基因组。2017年，芝加哥大学MBL临时主任Melina Hale向Gribble和Mark Welch提供了资金，以设计一种使用CRISPR-Cas9的方法。培养更多种类的模式生物的目标后来被正式确定为MBL的新研究生物计划。

CRISPR-Cas9现在广泛应用于研究，它在DNA内进行精确切割，研究人员用它来关闭或改变基因。然而，首先，他们必须将CRISPR系统植入动物体内。

细木屑大小的斑点在水中四处游动，轮虫是非常具有挑战性的目标。在多次不成功的尝试后，第一作者、MBL博士后科学家冯海洋想出了一个解决方案:将它们浸泡在高粘度溶液中，并给予低剂量的麻醉剂，他减慢了动物的速度，使它们能够通过空心针轻轻地吸住它们。

在雌性动物就位后，他将基因编辑系统注入其身体为卵子提供营养的部分。从这些蛋中孵化出来的后代会携带突变，并将突变遗传给后代。

通过这种方式，研究小组灭活了对动物发育至关重要的vasa基因，导致轮虫在几代后停止繁殖。通过关闭第二个基因mlh3，他们阻止了轮虫产生雄性后代。最后，通过在mlh3中添加一段包含“停止”指令的遗传密码，他们达到了同样的效果。

轮虫研究的新可能性

两位研究人员都打算在他们自己的研究中使用基于crispr的方法来改变轮虫的基因。格里布尔是MBL的一名副科学家，她的工作是探索母亲的年龄如何影响其后代的特征，她正在研究线粒体的作用，线粒体是细胞中产生能量的成分。这种新方法将允许她标记或改变线粒体。与此同时，马克·韦尔奇计划用它来探索一种轮虫物种在完全干燥后恢复活力的分子机制，包括它们是如何修复DNA损伤的。

像这样的研究仅仅是个开始。格里布尔说:“这个新工具，加上在实验室里饲养轮虫的便性，将使我们有可能利用它们来回答许多我们甚至还没有想到的问题。”

文章标题

Highly efficient CRISPR-mediated gene editing in a rotifer