美研制出高效基因組改編方法
日期:2012-09-26 07:42:57
據(jù)報(bào)道,一個(gè)由美國明尼蘇達(dá)州羅徹斯特市梅奧診所研究人員領(lǐng)導(dǎo)的國際研究小組,開發(fā)出一種高效的基因組改編方法,可對(duì)斑馬魚基因組進(jìn)行精確定位的剪切替換,用于各種研究目的。該研究首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)斑馬魚基因組分的自定義修改,幫生物醫(yī)學(xué)家克服了魚類不能作為人類疾病模型的障礙。相關(guān)論文發(fā)表在今天的《自然》雜志網(wǎng)站上。
在脊椎動(dòng)物生物學(xué)和人類疾病研究中,斑馬魚是主要實(shí)驗(yàn)對(duì)象。它們透明、體外受精、生殖周期短、生長迅速,這些特點(diǎn)讓人們能密切跟蹤其活體胚胎發(fā)育,研究其基因表達(dá)和功能。但在定位基因修改方面,卻效率不高。
研究人員用一種人工改良的酶TALENs(人工轉(zhuǎn)錄激活因子樣感受器核酸酶),瞄準(zhǔn)一段基因序列的目標(biāo)位置,切下該處DNA片斷,用人工DNA來替換。在研究人員所插入的人工序列中,其中一段還有一個(gè)基因開關(guān),能立刻打開或魚成熟后才打開,以檢驗(yàn)該基因在早期發(fā)育和后期生命中的作用。
“利用這種TALENs基因設(shè)計(jì)工具和合成DNA,能讓魚的基因組產(chǎn)生明確改變。我們能做出僅有幾個(gè)核苷酸的小改動(dòng),也能在生物基因開關(guān)程序中增加特殊序列。”論文高級(jí)作者、領(lǐng)導(dǎo)該研究的梅奧診所分子生物學(xué)家斯蒂芬·埃克說,“這是首次我們能對(duì)斑馬魚基因組進(jìn)行自定義修改。”
倫敦大學(xué)學(xué)院發(fā)育生物學(xué)就詹森·里海爾說:“這種直接修改原有基因序列的能力,讓我們能精確控制相關(guān)基因,為復(fù)雜疾病造出斑馬魚模型。”
此前也有研究用ZFNs(鋅手指核酸酶)、嗎啉代(一種基因調(diào)控分子)和TALENs對(duì)活動(dòng)物基因組進(jìn)行過定位修改,而埃克和同事首次將人工TALENs用于活斑馬魚幼魚的基因組改編。相比之下,TALENs比ZFNs和嗎啉代有更多優(yōu)勢:TALENs更加便宜高效;ZFNs只能瞄準(zhǔn)特殊序列,而TALENs有能力瞄準(zhǔn)任意DNA序列;嗎啉代的功效是暫時(shí)性的,TALENs能做出永久性修改,用其做誘導(dǎo)變異分析可以更快,在某些實(shí)驗(yàn)中,他們發(fā)現(xiàn)對(duì)幼魚注射后立刻就能看到效果。
“據(jù)我們所知,這種TALENs工具包也是迄今為止最為活躍的,這對(duì)擴(kuò)大TALENs的應(yīng)用領(lǐng)域非常重要。”埃克說,該技術(shù)還能用在其他生物體中,在干細(xì)胞研究中也有應(yīng)用前景。“雖然我們的研究集中在斑馬魚,在其他模型系統(tǒng)如大鼠、小鼠、蒼蠅和蠕蟲中,該方法也有顯著影響。”