近日，中國科學(xué)院海洋研究所實(shí)驗海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室張琳琳團隊在牡蠣基因組編輯方面獲新進(jìn)展。相關(guān)研究成果發(fā)表在Frontiers in Marine Science（DOI：10.3389/fmars.2022.912409）上。

 

　　隨著(zhù)高品質(zhì)動(dòng)物蛋白需求的增長(cháng)，水產(chǎn)養殖正成為人類(lèi)食用海產(chǎn)品的主要來(lái)源。與許多成熟的陸生牲畜和作物系統相比，多數水產(chǎn)養殖物種育種仍處于馴化的早期階段。傳統的育種方式如選擇、雜交和標記輔助育種系統，推進(jìn)了水產(chǎn)養殖物種經(jīng)濟性狀（包括抗病性、營(yíng)養價(jià)值和生長(cháng)質(zhì)量等）的遺傳改良。基因組編輯技術(shù)是近年來(lái)探索基因功能和解析性狀直接有效的方法，其中CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、靶點(diǎn)選擇廣、成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)，為重要水產(chǎn)物種經(jīng)濟性狀的遺傳解析和良種培育提供了有力工具。

 

　　牡蠣為世界大宗水產(chǎn)養殖貝類(lèi)，而與水產(chǎn)魚(yú)類(lèi)相比，基因組編輯育種技術(shù)在牡蠣中應用尚處于起步階段。針對牡蠣卵徑小（~50 μm）、顯微操作難、幼蟲(chóng)死亡率高、間接發(fā)育時(shí)間時(shí)間長(cháng)以及在獲得可遺傳純系方面難度大、成本高、耗時(shí)長(cháng)的難題，張琳琳團隊經(jīng)過(guò)長(cháng)期研究攻關(guān)，搭建了一套基于電穿孔的Cas9/sgRNA復合物高通量遞送和突變體快速檢測的技術(shù)平臺，實(shí)現了對牡蠣（Crassostrea gigas angulate）基因組中標記基因（β-tubulin）的高效編輯。

 

　　研究采用前期研發(fā)的“長(cháng)片段缺失鑲嵌性突變技術(shù)”（Zhang L., et al, 2016, Nature Communications；Zhang L., et al., 2017, PNAS）。通過(guò)同時(shí)電穿孔多個(gè)靶基因sgRNAs，研究在長(cháng)牡蠣靶向基因中檢測到超過(guò)300 bp的長(cháng)片段缺失突變，使研究可以使用PCR和常規瓊脂糖凝膠電泳對突變體進(jìn)行快速篩選和基因分型。這種同時(shí)傳遞兩個(gè)以上sgRNAs以獲得長(cháng)片段缺失的策略是顯著(zhù)的改進(jìn)，簡(jiǎn)化了基因組編輯基因型檢測的工作流程。此外，利用原位雜交和行為學(xué)分析等表型檢測手段，研究在牡蠣G0代幼蟲(chóng)中觀(guān)察到表型的鑲嵌型突變（纖毛的縮短、缺失）和運動(dòng)能力下降。這種鑲嵌型突變有利于探究在G0代個(gè)體中對突變表型進(jìn)行快速鑒別，同時(shí)能規避目標基因完全缺失導致的胚胎致死性。該研究在海洋經(jīng)濟貝類(lèi)牡蠣中建立了基于電穿孔和長(cháng)片段缺失鑲嵌性突變的CRISPR/Cas9基因編輯平臺，可為今后基于CRISPR/Cas9基因組編輯技術(shù)在海洋貝類(lèi)中開(kāi)展基因功能研究提供有益參考，并為牡蠣以及其他水產(chǎn)養殖物種的基因組編輯育種提供有力工具。

 

　　研究工作得到山東省“海洋生命資源綠色發(fā)展技術(shù)與應用”工作站、中科院戰略性先導科技專(zhuān)項（B類(lèi)）和國家海外引才計劃青年項目等的支持。