2022-06-15

Cell Rep | DIPA-CRISPR基因编辑摆脱注射卵子的烦恼

原创 图灵基因 图灵基因 2022-06-15 07:03 发表于江苏

收录于合集#前沿分子生物学技术

日本京都大学（University of Kyoto）和西班牙巴塞罗那进化生物学研究所（Institute of Evolutional Biology）的一项合作研究报告了一种编辑蟑螂和多种昆虫基因的新方法，该方法通过直接向成年雌性动物注射Cas9核糖核蛋白（RNPs），而不是目前流行的显微注射昆虫胚胎的挑战性尝试。新方法直观地命名为“直接亲本”CRISPR（DIPA-CRISPR）。

“从某种意义上说，昆虫研究人员已经摆脱了注射卵子的烦恼。”京都大学教授、该研究的资深作者Takaki Daimon博士说，“我们现在可以更自由、更随意地编辑昆虫基因组。原则上，这种方法应该适用于90%以上的昆虫物种。”

该研究结果发表在《Cell Reports Methods》杂志上的一篇题为“DIPA-CRISPR is a simple and accessible method for insect gene editing”的文章中。

近千万种昆虫构成了动物王国中最灵活多样的种类，新方法为解决生物学中的基本问题提供了一个有价值的研究工具。

“通过改进DIPA-CRISPR方法，使其更加高效和通用，我们可以对150多万种昆虫中的几乎所有物种进行基因组编辑，开启我们可以充分利用昆虫惊人生物学功能的未来。”Daimon说，“原则上，其他节肢动物也有可能使用类似的方法进行基因组编辑。其中包括螨虫和蜱等农业和医疗害虫，以及虾和蟹等重要渔业资源。”

从历史上看，编辑昆虫基因一直非常困难——显微注射到显微镜下的胚胎中，每种昆虫物种的独特实验装置，以及妨碍获得早期胚胎的多样化生殖系统，只是其中的一小部分挑战。

“传统方法的这些问题一直困扰着希望对多种昆虫物种进行基因组编辑的研究人员。”Daimon说。

Daimon的团队将编辑机器直接注入成年雌性蟑螂的主体腔（血腔），并成功地在22%的孵化卵中引入了可遗传突变。基因编辑效率，即所有孵化的卵中被编辑的卵的比例，因物种而异。例如，在红粉甲虫（Tribolium castaneum）中，DIPA-CRISPR的效率达到50%以上。

“市售标准Cas9蛋白可直接用于DIPA-CRISPR，这使得这种方法非常实用和可行。”作者指出。该团队通过共同注射单链寡核苷酸和Cas9 RNP，证明了编辑的等位基因的遗传和敲入甲虫的产生。

尽管DIPA-CRISPR方法可能适用于多种昆虫，但它不能用于所有昆虫，包括常见的实验室模式生物果蝇。此外，使用DIPA-CRISPR成功进行基因编辑的一个关键决定因素是注射的成年雌性的发育阶段。作者指出，在当前研究中测试的所有物种中，当它们对正在经历卵黄生成（当它们主动和非选择性地从周围环境中吸收营养时，卵黄在发育中的卵细胞中沉积的过程）的雌性进行注射时，它们的基因编辑频率最高。这些表明，除了对昆虫生殖解剖学和生活史有透彻的了解外，识别不同昆虫物种中卵黄生成的技能是成功使用DIPA-CRISPR的先决条件。

尽管在优化DIPA-CRISPR方面还需要进一步的工作，但它的简单性和易用性将基因编辑技术的应用扩展到实验室中使用的各种常见昆虫模型以及害虫和病原体。