引言
基因编辑技术的快速发展为动物育种领域带来了革命性的变革。通过精确地修改动物基因,科学家们能够培育出具有特定性状的新品种,从而提高动物的生产性能、改善肉质、增强抗病能力等。本文将揭秘基因编辑在动物育种领域的突破性应用实例,展示这一技术如何助力农业现代化和人类福祉。
家牛体型和生长速度的基因编辑
西北农林科技大学动物科技学院的姜雨团队在国际期刊Genomics, Proteomics & Bioinformatics发表了题为“LCORL and STC2 Variants Increase Body Size and Growth Rate in Cattle and Other Animals”的论文。该研究成功解析了家牛LCORL和STC2基因中促进体型和生长速度增加的关键因果突变,为家畜基因编辑育种提供了精准的靶点。
研究团队利用祖先重组图(Ancestral Recombination Graph, ARG)分析方法,在肉牛品种明确定位了驱动LCORL和STC2基因座选择清除发生的关键突变。研究发现,LCORL基因中的ACT到A的移码突变主要存在于中欧地区西门塔尔和夏洛莱肉牛品种中,其日增重增加71克。STC2基因座的功能突变A60P主要存在于英国地区海福特和安格斯肉牛中,其日增重增加31克。
柑橘砧木遗传改良的HPPB技术
赣南师范大学国家脐橙工程技术中心/江西省特色园艺植物病虫害防控重点实验室的段硕副教授和李敏副教授在《Plant Biotechnology Journal》上发表了题为“Establishment and application of high-pressure propagation breeding (HPPB)-mediated genetic transformation system in citrus rootstocks”的研究。该研究提出了一种名为高压扩繁育种(HPPB)的遗传转化新方法,有望彻底改变柑橘砧木改良的现状。
HPPB技术通过将目标基因导入农杆菌K599,激活其诱导根系的功能;在柑橘植株茎部制造伤口,应用含有K599的MES溶液;用预先填充培养基质的HPPB盒覆盖伤口区域,注入含K599的MES溶液。这种创新方法的优势在于转基因根系在2周内就开始萌发,经过1-2个月培养就能获得大量转基因根系。
天蓬工程:引领生物医药产业快速发展
中国农业大学模式动物表型与遗传研究国家重大科技基础设施“天蓬工程”充分发挥基因编辑、人工智能与生物制造等颠覆性技术的协同效应,重点发展“一猪两用”新质生产力,推动异种器官移植与再生医学、人类重大疾病模型制备与应用、种质资源与育种技术创新等前沿领域的系统研究、成果转化和产业变革。
该工程利用具有自主知识产权的精准畜禽育种技术方案,解决育种时效性问题。大设施建设的标准化SPF医用小型猪培育平台,可满足生物医学临床需求。世界领先的猪基因编辑技术体系和世界最大的猪生物样本库,能够保存1000万份样本,为专用猪种质资源创新提供有力支撑。
持久型“迷你基因修复工具”
MIT/哈佛博德研究所张锋团队在Nature Biotechnology上发表了一项突破性研究,开发了一种名为NovaIscB的紧凑型基因编辑工具,并基于此创建了能够实现“一次编辑,长期有效”的表观基因组调控系统。
NovaIscB仅有614个氨基酸,体积约为Cas9的一半左右。研究团队通过一系列精巧的设计,显著提升了NovaIscB的性能。基于NovaIscB开发的表观基因组编辑系统“OMEGAoff”不会永久改变DNA序列,而是通过甲基化DNA来抑制基因表达。
南京农业大学羊基因编辑育种取得重要进展
南京农业大学江苏省家畜胚胎工程研究中心/动物科技学院肉羊创新团队万永杰教授和张艳丽教授课题组在Protein & Cell期刊在线发表了题为“An upgraded nuclease prime editor platform enables high-efficiency single or multiplexed knock-in/knockout of genes in mouse and sheep zygotes”的研究成果。
该研究成功利用升级后的核酸酶先导编辑器(uPEn)在湖羊中实现MSTN/PPARG双基因高效编辑,为畜禽基因编辑育种提供了新的技术手段。
华中农业大学动物遗传育种团队在新型基因编辑工具研究领域取得重要进展
华中农业大学动物遗传育种团队研究成果以“EXPERT expands prime editing efficiency and range of large fragment edits”为题在Nature Communications发表。研究开发了新型基因编辑工具EXPERT,创新性地在pegRNA nick所在DNA链上游引入额外切口,并对pegRNA末端进行优化改造,同时引入突变以抑制游离片段对新链合成的干扰,大幅度拓宽了PE编辑范围,在多个物种中实现了大片段精准高效编辑。
乔治·丘奇团队利用多重基因编辑,创造出猛犸象一样的长毛鼠
Colossal Biosciences公司利用CRISPR基因编辑技术创造出了拥有浓密长毛的小鼠。该研究标志着复活猛犸象的之旅的重要一步。该公司计划对猛犸象现存的近亲亚洲象的胚胎进行基因编辑,然后植入母象体内或使用人造子宫,进而诞生具有猛犸象特征的小象。
生命的“肝”霖:基因编辑猪肝脏异种移植人体取得突破性进展
研究人员成功地将一颗经过六重基因编辑的猪肝脏移植到一位脑死亡的受者体内,并且这颗异种肝脏竟然在人体内维持了长达10天的功能。这项突破性的进展为未来解决器官短缺问题提供了新的策略和可能性。
结语
基因编辑技术在动物育种领域的突破性应用为农业现代化和人类福祉带来了巨大的潜力。随着技术的不断发展和完善,我们有理由相信,基因编辑将为动物育种带来更多惊喜,为人类创造更加美好的未来。