改进蚊子和其他节肢动物CRISPR-Cas9基因编辑的新技术

2020-07-31 30节肢动物

研究人员称,一项旨在改进蚊子和其他节肢动物CRISPR-Cas9基因编辑的新技术成功地实现了高效率,同时消除了对基因物质进行微注射的困难。

这些研究结果将为科学家研究广泛的节肢动物——甚至一些脊椎动物——铺平道路,以便更容易地操纵基因表达,用于基础研究和实际应用,如控制寨卡病毒和疟疾等媒介传播疾病,消除农业害虫,以及对人类和动物健康的潜在基因治疗。

研究背景

CRISPR是一种相对较新的革命性的方法,可以精确地将DNA切割酶Cas9运送到DNA的靶区,从而改变生物体的基因组。由此产生的突变可以删除或替换特定的DNA片段,从而促进或禁用某些特性。

宾夕法尼亚州立农业科学学院昆虫学和疾病流行病学教授Jason Rasgon指出,目前节肢动物的研究方法依赖于通过胚胎微注射将基因编辑的Cas9直接传递到卵子上,这是一个困难且低效的过程,只对少数物种起作用。

他说:“此外,微量注射会损害卵子,这需要昂贵的设备和培训才能实施。”这些限制极大地限制了CRISPR-Cas9技术在不同物种中的应用。”

改进蚊子和其他节肢动物CRISPR-Cas9基因编辑的新技术

为了解决这些局限性,Rasgon的实验室开发了ReMOT控制——受体介导的卵巢转运货物——改进蚊子和其他节肢动物CRISPR-Cas9基因编辑的新技术,研究人员说,这种方法可以将Cas9货物轻易注射到雌性节肢动物的血液中,然后通过卵巢中的受体导入发育中的卵子中。

Rasgon解释说,在卵巢和卵子成熟过程中,蚊子和其他节肢动物合成卵黄蛋白,卵黄蛋白被分泌到血液中,并被带到卵巢。研究小组假设,来自这些卵黄蛋白的分子可以融合到Cas9载体上,并在胚胎中以实现基因组编辑所需的水平进入卵子,而不需要胚胎微注射。

在埃及伊蚊(一种能传播登革热、基孔肯雅病毒、寨卡病毒和黄热病病毒)的蚊子身上测试这一假说的过程中,研究小组鉴定出一种被称为P2C的肽,这种配体被卵巢受体识别,并在其他五种蚊子中发挥作用。

为了直观地显示P2C可以在卵巢中被吸收,研究人员将这种注入绿色荧光蛋白的肽注入蚊子体内。他们随后在98%以上的初级卵母细胞中发现了荧光。

研究意义

在基因编辑实验中,科学家们针对的是一种基因,当基因敲除后,会导致白眼而不是深色,从而提供了一种可见的表型来帮助筛选。他们发现,当P2C与Cas9酶结合时,能够将基因编辑的货物运送到卵巢,在那里以高效率实现期望的突变,从而产生转基因后代。

最近发表在《自然通讯》(Nature Communications)上的研究结果表明,与胚胎注射相比,通过ReMOT-Control进行基因编辑是高效的,而且在技术上更容易完成。

他说:“虽然微注射装置需要花费数千美元,并且需要广泛的培训才能使用,但是远程控制注射的设备大约需要2美元,而且这种技术可以在不到一个小时内学会。”。

成体注射的低成本和易操作性使这种方法比现有的胚胎注射技术有了实质性的改进,使基因编辑能力为非专业实验室所掌握,并有可能彻底改变功能性节肢动物遗传学的广泛应用。

引用

Penn State. "New technology improves CRISPR-Cas9 gene editing in mosquitoes, other species." ScienceDaily. ScienceDaily, 9 August 2018. www.sciencedaily.com/releases/2018/08/180809175059.htm.

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