利用TALEN系统对兔进行Tiki1基因敲除

【目的】利用转录激活样效应因子核酸酶(TALEN)系统获得Tiki1基因敲除的兔模型,为研究Tiki1对动物早期发育作用机理提供兔源的动物模型。【方法】基于TALEN系统设计了靶向兔Tiki1基因的打靶载体,分别将10和50 ng/μL的Tiki1-TALEN mRNA注射到原核期的家兔受精卵胞质中,然后收集发育至囊胚期的胚胎,鉴定囊胚率和基因修饰效率,通过测序检验囊胚的基因突变。为了进一步获得Tiki1基因敲除兔,后续将50 ng/μL的Tiki1-TALEN mRNA注射到17个原核期的家兔受精卵胞质中,将受精卵分别移植到2只受体兔体内。【结果】注射50 ng/μL Tiki1-TALEN mRNA试验组的囊胚率(64%)与注射10 ng/μL Tiki1-TALEN mRNA试验组的囊胚率(57%)差异不大,但注射50 ng/μL Tiki1-TALEN mRNA试验组的囊胚基因修饰效率(100%)显著高于注射10 ng/μL Tiki1-TALEN mRNA试验组的囊胚基因修饰效率(14.3%)。测序结果表明,Tiki1基因的突变范围从1到28 bp缺失不等。经过胚胎移植共生出3只仔兔,其中有2只兔子能检测到基因突变。【结论】所建立的TALEN技术体系可以对家兔Tiki1基因进行高效的敲除。

利用CRISPR/Cas9系统构建Tiki1基因修饰猪模型

Tiki1基因是哈佛大学儿童医学院贺熹教授实验室发现的一个对蛙头部的诱导起到决定性作用的新基因,但Tiki1基因在小鼠等啮齿类动物中缺失,因此无法利用小鼠等小动物来研究其在哺乳动物中的作用.本文利用CRISPR/Cas9系统结合体细胞克隆技术构建Tiki1基因修饰猪模型,研究Tiki1基因在猪发育中的作用.我们利用贺熹教授团队提供的人Tiki1基因序列,在猪的基因组数据库中比对出与其同源性最高的一段序列设计2个靶位点(g1和g2).以设计的靶位点构建打靶质粒转染猪胎儿成纤维细胞,经细胞筛选、PCR扩增及测序共鉴定了52个单细胞克隆株.最终选择靶位点g1为纯合双敲的5个单细胞克隆株和靶位点g2为纯合双敲的3个单细胞克隆株作为构建Tiki1基因敲除猪的核供体.我们共计构建了720个重组胚胎,分别植入3头代孕母猪,其中有1头经B超检测成功怀孕并妊娠到期产下13头发育正常的克隆猪,经测序鉴定其中12头为Tiki1基因双敲除猪模型,Tiki1基因敲除克隆猪健康存活至今.结果表明Tiki1基因对于猪早期发育的作用机理不同于蛙,其在猪早期发育的过程中的具体作用机理有待后续进一步的深入研究.

西农莎能奶山羊和波尔山羊GDF9基因多态性与产羔数的相关分析

为了研究西农萨能奶山羊和波尔山羊生长分化因子9(GDF9)基因遗传多态性及其与产羔数和生长体重的相关性。根据绵羊GDF9基因序列设计4对引物,采用PCR-SSCP技术检测GDF9基因的多态性,同时用最小二乘法研究了其多态性与产羔数和生长体重的关系。所研究的西农萨能奶山羊群体和波尔山羊群体P1扩增片段存在多态性,分别定义为AA、AG和GG3种基因型;P2、P3和P4扩增片段均不存在多态性,只出现一种带型。通过测序发现:GG型与AA型相比在外显子2的792 bp处有1个G→A的单碱基突变,结果导致第396位氨基酸由缬氨酸变为异亮氨酸。在西农莎能奶山羊群体中,AA基因型产羔数最小二乘均值均极显著高于AG基因型和GG基因型;AG基因型显著高于GG基因型。此外,在西农莎能奶山羊中还发现AA基因型的个体各个生长阶段的体重和GG型和AG型的相比差异均不显著。在波尔山羊群体中,AA基因型产羔数最小二乘均值均极显著高于AG基因型和GG基因型,AG基因型的高于GG型,但没达到显著水平。结果表明,GDF9基因对西农莎能奶山羊和波尔山羊的产羔数均有显著影响,因此认为GDF9基因外显子2第792 bp处G→A的突变可作为西农莎能奶山羊和波尔山羊多胎性状的有效分子标记。

西农莎能奶山羊和布尔山羊GnRH基因多态性与产羔数的相关分析

根据牛GnRH基因序列设计4对引物,采用PCR-SSCP技术检测GnRH基因的多态性,同时用最小二乘法研究了其多态性与产羔数和生长体质量的关系。所研究的西农莎能奶山羊和布尔山羊群体在P4扩增片段存在多态性,分别定义为CC、CT和TT 3种基因型;P1、P2和P3扩增片段均不存在多态性,只表现一种带型。通过测序发现CC型与GG型相比扩增片段的第185、336bp处同时有C→T的单碱基突变。在西农莎能奶山羊和布尔山羊群体中,CC和CT基因型产羔数最小二乘均值均极显著或显著高于TT基因型(P<0.05)。研究结果表明,GnRH基因对西农莎能奶山羊和布尔山羊的产羔数均有显著影响,因此认为GnRH基因P4扩增位点的突变可作为西农莎能奶山羊和布尔山羊多胎性状的有效分子标记。

西农萨能奶山羊INHA基因启动子区多态性与产羔数和产奶量的相关分析

采用PCR-SSCP技术分析了INHA基因的启动子区2个基因座位在西农萨能奶山羊群体中的遗传多态性,结果在P1引物所扩增的目的片段发现遗传多态,有2种等位基因A和B,有3种基因型AA型、AB型、BB型;在P2引物所扩增的目的片段未发现遗传多态。对多态片段的测序分析表明:AA型与BB型相比在DNA序列的第506 bp处插入了一个碱基G,在第446 bp处碱基C→T。AB、BB基因型个体的平均产羔数显著高于AA型个体(P<0.05);AB、BB基因型的个体各胎次产奶量均比AA型高,其中在第2、3胎产奶量和前4胎平均产奶量都达到显著水平(P<0.05),AB基因型的前4胎平均产奶量和AA型差异极显著(P<0.01)。结果表明INHA基因对奶山羊产羔数和产奶量都有显著影响,因此认为INHA基因的P1位点可作为奶山羊的有效分子标记。

西农萨能奶山羊DGAT2基因第5内含子多态性与产奶性状的关联分析

为确定二酰甘油酰基转移酶2(DGAT2)基因与奶山羊产奶性状的关系,采用PCR-SSCP技术,对197只西农萨能奶山羊二酰甘油酰基转移酶2(DGAT2)基因的第5内含子进行多态性分析。在西农萨能奶山羊中检测的DGAT2基因第5内含子发现AA、AB和BB 3种基因型,其频率分别为0.228 40、.406 1和0.365 5;不同基因型与西农萨能奶山羊的产奶量和乳脂率之间有显著的关联性(P<0.05),AA和AB基因型个体的产奶量和乳脂率显著高于BB型(P<0.05),但对乳蛋白率和乳糖率影响不大,未达到显著水平(P>0.05)。结果提示DGAT2基因对奶山羊产奶性状有一定的影响。

基于体细胞克隆的猪基因打靶技术研究进展

基因打靶猪在农业和生物医药领域均有广泛用途。由于猪的能参与生殖系嵌合体的多能性干细胞尚未建立成功,基因打靶猪的培育主要是通过体细胞克隆技术来实现。最初,人们在体细胞上通过传统的同源重组技术成功地建立了基因敲除克隆猪,但体细胞在体外的增殖能力有限,传统同源重组在体细胞的打靶效率极低。虽经十多年的发展,但在世界范围内获得的基因打靶猪屈指可数。最近,三种工程核酸酶介导的基因编辑技术(ZFN、TALEN和CRISPR/Cas9)的出现,使体细胞的基因打靶效率大大提高。多个实验室将其用于猪,实现了高效基因打靶,并在很短的一段时间里,获得了一系列基因打靶猪。就传统同源重组技术以及近几年发展起来的新兴基因编辑技术在基因修饰猪的应用研究进展进行了综述。

基因修饰猪模型应用于人类健康的相关研究进展

猪在解剖结构及生理功能上比啮齿类动物更接近于人类,与非人灵长类动物相比,具有来源方便,伦理问题少等优点。因此,猪模型在人类健康相关研究上具有非常广泛的应用前景。本文主要介绍猪在模拟人类疾病模型上以及在作为异种器官移植供体研究上近年来的研究进展;同时也介绍了我们在国家重大科学研究计划"生殖与发育相关猪模型的建立"项目中取得的一些成果。

糖尿病和心血管病相关的重要靶点基因PPARγ过表达转基因克隆猪模型的建立

动物模型是科学研究不可缺少的工具,特别是对于人类疾病相关的研究,受到取材和伦理道德的限制,很多研究无法直接在人体中进行,必须首先依靠动物模型进行广泛的试验和评估。猪的心血管系统在结构和功能上与人类非常相似,例如脉搏,在静息状态下,人的脉搏每分钟60~90次,猪的则为65~80次。猪的动脉循环系统几乎是人的动脉循环系统的复制品。目前,以猪作为动物模型来研究动脉粥样硬化和心肌梗塞等心血管疾病,是猪作为人类疾病模型应用最为成功的范例之一。PPARγ是噻唑烷二酮类药物的靶点,科学家们利用小鼠的研究结果表明,噻唑烷二酮类药物在治疗糖尿病的同时对心血管系统也有保护作用,但由于小鼠心血管系统与人类相差甚远,使得小鼠的研究结果与近年临床上观察到的病人心脏毒副作用不一致。因此,科学家们急需建立与人类更为接近的大动物模型来研究糖尿病及其心血管并发症,由于猪的心血管系统与人类接近,猪成为理想的研究糖尿病和心血管疾病的动物模型。我们共计构建了1100枚重构胚胎,分别移植到5头受体猪内,经B超鉴定3头怀孕,共计出生8头猪,经PCR鉴定8头全为阳性猪模型。结果表明我们利用体细胞核移植技术成功建立了糖尿病和心血管病相关的重要靶点基因PPARγ过表达转基因克隆猪模型。

神经退行性疾病转基因猴模型的构建及相关技术体系建立

非人灵长类动物因与人有最近亲缘关系而成为研究人类生命领域最高级模式动物。本研究采用慢病毒载体技术结合胚胎工程技术,拟建立一套高效简便转基因猴制作技术体系,建立小脑共济失调转基因猴模型,为该病研究提供最为理想动物模型,同时为建立其他疾病转基因猴模型提供技术路线。利用卵泡浆内单精子显微注射技术(Introeytoplasmiesperm injection,ICSI)技术总共构建88个体外受精胚胎,经过体外培养共计32枚发育到原核期并进行病毒注射后移入7只受体猴输卵管内。B超妊娠检测,怀孕3只,其中:1只未能发育到期中间流产,1只发育到期生1死胎,1只顺产生1只活试管猴,经过人工喂养奶粉后健康存活,但经检测转基因为阴性。本研究虽然未能通过病毒注射获得阳性转基因猴,但对食蟹猴(Macaca fascicularis)超数排卵及B超监测卵泡发育技术、卵母细胞回收及体外成熟培养技术、电刺激采精及精子获能技术、食蟹猴体外受精技术和胚胎体外培养技术以及胚胎移植等技术体系进行多次探索和优化,并成功建立相关技术平台,将为后续利用试管猴技术结合高效的TALEN和CRISPR/Cas9等基因编辑工具获得各种疾病模型奠定基础。

利用CRISPR/Cas9系统构建TiKi1和TiKi2双基因敲除兔

Tiki基因为新发现的基因,在蛙上的功能研究证实Tiki在头部诱导的过程中起着决定性的作用。由于TiKi基因包含TiKi2和TiKi1两种类型,因此建立一种同时敲除TiKi2和TiKi1两种基因的兔模型,能更好地研究TiKi基因是否影响兔头部的早期发育。本研究通过CRISPR/Cas9系统结合原核期受精卵RNA胞质内显微注射来建立家兔双基因打靶技术体系。考虑到TiKi1和TiKi2的同源性比较高,可能相互之间存在补偿效应,于是设计了一个gRNA能同时靶向TiKi1和TiKi2。将200 ng/μL Cas9 mRNA和20 ng/μL gRNA注射到51个处于原核期的家兔受精卵的胞质内,移植到6只受体兔体内,共计生出12只仔兔,经测序鉴定其中有1只仔兔为TiKi1和TiKi2双等位基因敲除模型。结果表明CRISPR/Cas9系统对于家兔双基因修饰研究是一种高效和简便的工具,成功建立的TiKi1和TiKi2双基因敲除兔模型在评估新药疗效、基因治疗等的研究领域中将具有很大的应用潜力。