中国科学家首次培育出抗结核转基因牛 | 前沿
► 牛成为畜牧业育种的一个重要物种，图片来自geneticliteracyproject.org
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撰文｜叶水送
责编｜李晓明
2017年2月1日，开放获取期刊Genome Biology发表中国科学家研究论文称，CRISPR/Cas9基因编辑技术首次成功培育出对牛结核病具有增强抗性的活体牛。
陕西西北农林科技大学兽医学院研究人员使用修订版本的CRISPR基因编辑技术将抗结核新基因插入牛基因组中，且没有检测到对动物遗传特征的脱靶影响（该影响是使用CRISPR技术生成转基因动物时常见的问题）。
该研究的通讯作者张涌博士说，“我们使用称之为CRISPR/Cas9n的全新版本CRISPR系统，成功地将一种名为NRAMP1的抗结核基因插入牛基因组中。然后，我们能够成功地培育出对结核病携带增强抗性的活体牛。重要的是，我们使用的方法未对牛遗传特征产生脱靶效应，意味着我们采用的CRISPR技术可能更适合于生产具有目的性操纵遗传特征的转基因牲畜。”
由于是一种修改遗传密码准确且相对容易的方法，CRISPR技术近年来已广泛使用于实验室中。但有时由于脱靶效应发生遗传编码意外改变，所以寻找减少该情况的方法是基因组学研究的重点。
► 经基因编辑技术处理过的胚胎以及携带NRAMP1基因的牛，图片来自Gao et al., 2017
张涌解释说，“如你想将新基因插入哺乳动物基因中，困难可能在于:在基因组中找到插入基因的最佳位置。你需要查看整个基因组，寻找你认为将对附近其他基因影响最小的区域。我们采用一种细致的系统性方法来确定最适合基因插入的区域，并且我们发现该区域对牛基因组没有可检测到的脱靶效应。”
研究人员使用CRISPR/Cas9n技术将NRAMP1基因插入牛胎儿成纤维细胞，这是一种来源于雌性奶牛的细胞。这些细胞接着被用作体细胞核转移过程中的供体细胞，其中携带新基因的供体细胞的细胞核被插入来自母牛的卵细胞中。卵细胞在实验室中被培养成胚胎，接着被转移到母牛中以完成正常的妊娠周期。该试验还使用标准CRISPR/Cas9技术进行对比。
该项研究共有11只使用CRISPR插入新基因的牛犊，能够用于评估对结核病的抗性和存在的脱靶遗传效应。牛犊的遗传分析表明，NRAMP1已成功地在所有牛犊的目标区域整合至遗传编码中。使用新型CRISPR/Cas9n技术插入基因的牛犊中未发现任何可检测到的脱靶效应，而先前使用CRISPR/Cas9技术插入基因的所有牛犊中均发现脱靶效应。
当牛犊暴露于导致牛结核病的细菌，牛结核分枝杆菌（M. bovis）时，通过使用感染标准标记物测量血液样本，研究人员发现转基因动物展示出增强的细菌抗性。他们还发现从牛犊中取得的白细胞在实验室试验中对暴露于牛结核分枝杆菌更具抗性。
张涌认为，“我们的研究在证明CRISP/Cas9n系统能够用于生成不具可检测脱靶效应的转基因牲畜方面属国内首例。我们的工作导致发现了牛基因组中一个非常有用的位置，在使用这种基因编辑技术时可用作靶点，从而成功地插入有益于农业牲畜的新基因。”
延伸阅读
Gao Yuanpeng et al. Single Cas9 nickase induced generation of NRAMP1 knockin cattle with reduced off-target effects. 2017. Genome Biology.
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