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動物基因工程與種質創新團隊成功建立高效制備基因編輯豬技術體系

2022-03-11 08:08:10來源:中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所作者:中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所

 近日,中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所動物基因工程與種質創新科技創新團隊聯合深圳農業基因組研究所動物基因組中心,成功建立了一種名為報告RNA富集的雙引導RNA核蛋白(reporter RNA enriched dual-sgRNA/CRISPR-Cas9 ribonucleoproteins,RE-DSRNP)高效編輯技術體系,可用于快速制備無外源DNA(Transgene-free)基因編輯克隆豬,并利用該體系成功獲得了 WIP1 基因編輯的雄性繁殖障礙模型豬。相關研究成果發表在《中國科學:生命科學(Science China:Life Sciences)》上。

  基因編輯豬在農業和醫學等領域具有重要的應用價值,然而,制備基因編輯豬的過程中還存在諸多問題。例如,難以快速獲得大量基因型一致的個體,質粒DNA可能隨機整合到細胞的基因組,單克隆細胞篩選過程可能降低供體細胞的質量等。

  為了完善基因編輯豬的制備過程,研究人員使用雙引導RNA,提高了編輯精度和效率;使用核糖核蛋白(RNP)編輯系統,成功避免了質粒DNA整合到基因組的風險,實現了低脫靶、低毒、Transgene-free編輯;將報告RNA富集系統與DSRNP有機結合,使核移植供體細胞的培養時間由3~4周縮短為1周,而且顯著降低了供體細胞發生凋亡和染色體異常的比例。為了驗證RE-DSRNP在創制基因編輯克隆豬上的應用效果,研究人員以高繁殖力著稱的我國地方豬種——梅山豬為材料,利用RE-DSRNP體系靶向編輯 WIP1 基因。結果表明,在獲得的32頭斷奶克隆豬中,有31頭為 WIP1 基因編輯型,15頭為預期的38bp DNA片段缺失純合子類型,所有的克隆豬均未檢測到脫靶,且 WIP1 基因編輯豬表現出明顯的雄性繁殖障礙表型。

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  圖 RE-DSRNP高效編輯技術體系及其在制備WIP1基因編輯雄性繁殖障礙模型豬中的應用

  體細胞克隆基因編輯技術是目前動物生物育種和醫學模型研發的主流技術。該研究建立的RE-DSRNP體系,可顯著降低脫靶和非預期效應,極大提高編輯效率,縮短制備時間,在豬和其他大動物的生物育種以及醫學模型研發方面具有廣闊的應用前景。此外,種公豬對母豬繁殖力具有決定性作用,在育種體系和商品生產中舉足輕重,該研究首次構建了 WIP1 基因編輯豬模型,對于深入研究雄性繁殖機制具有重要意義。

  該研究得到國家自然科學基金、國家轉基因生物新品種培育重大專項和中國農科院科技創新工程等項目的資助。中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所徐奎、張秀玲和劉志國為文章的共同第一作者,牟玉蓮和李奎為通訊作者。

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