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这些白化蜥蜴是首批基因编辑的爬行动物

了解研究人员如何创造出首批基因编辑过的蜥蜴,为爬行动物基因组学研究和对白化病的理解开辟了道路。

作者:Roni Dengler
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一只白化蜥蜴幼崽,是首批使用CRISPR进行基因编辑的蜥蜴之一。(Doug Menke)

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在加勒比海的植物群中,细小的变色龙蜥蜴在地上爬行,这种爬行动物体型还不到手指长。岛屿生活促使它们演化出了大约150个不同的物种,它们身上呈现出灰色、棕色和绿色等各种色调。

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因此,变色龙蜥蜴成为了研究爬行动物如何发育和进化的重要科学模型。但科学家们一直缺少一个关键要素:用于研究蜥蜴多样性背后遗传学机制的工具。

现在,佐治亚大学的研究人员表示,他们已经创造出了世界上首只基因编辑过的蜥蜴。这是利用蜥蜴研究其他物种难以解决的发育和进化问题的关键一步。

例如,科学家们利用CRISPR基因编辑技术培育出了白化蜥蜴。由于白化病患者通常有视力问题,研究人员希望这些爬行动物能帮助科学家更好地理解白化病如何影响眼睛发育。

爬行动物之谜

动物和人类之前都进行过基因编辑。但编辑爬行动物的遗传基因并非易事。要创造基因编辑过的哺乳动物,研究人员会将CRISPR注射到刚受精的卵子中,此时胚胎还只是一个单细胞。爬行动物的生物学特性使得这一过程稍微困难一些。雌性蜥蜴可以在体内储存精子很长时间,这使得研究人员无法确定何时发生了受精。

为了克服这一障碍,Menke及其同事开发了一种新方法。研究人员没有去确定蜥蜴体内的受精时间,而是使用了未受精的卵子。他们将CRISPR注射到仍附着在雌性卵巢上的未受精卵子中。然后,基因编辑工具就能对卵子内的DNA进行编辑。

意外的编辑

研究人员于周二在《细胞报告》期刊上宣布,这项技术获得了成功。Menke及其同事编辑了一个基因,该基因编码一种有助于产生皮肤、眼睛和毛发色素的酶。由于该基因被禁用,色素缺失,导致蜥蜴呈现白化状态。事实上,这种方法的成效超出了他们的预期。

Menke说:“由于我们注射的是未受精卵子,我们预期只能编辑来自母亲的DNA。”但研究人员发现,CRISPR工具编辑了来自父亲和母亲双方的DNA。

这项突破为研究白化病患者经历的视力问题提供了一个模型生物。Menke解释说,白化病患者视力不佳是因为人眼中的一种称为“中央凹”的凹陷缺失或发育不全。中央凹有助于提高我们的视觉清晰度。但小鼠没有中央凹。“相比之下,我们研究的蜥蜴会捕食昆虫,需要高度清晰的视觉——它们的眼睛有中央凹,”他说。

该团队的方法不仅为科学家研究白化病开辟了新途径,而且可能还有助于揭示其他遗传性疾病的基因根源。Menke说,了解哪些基因决定了变色龙蜥蜴巨大的多样性,可能会揭示类似的DNA变化在人类身上如何导致出生缺陷。

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Menke说:“每种物种都有其独特的、能告诉我们的故事。爬行动物有超过10,000个已描述的物种,它们能教会我们很多东西——如果我们愿意花时间去观察的话。”

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