7月22日，上海科技大學(xué)生命學(xué)院池天課題組在《細(xì)胞》（Cell）雜志在線(xiàn)發(fā)表論文，報(bào)道了一種嶄新的小鼠基因打靶技術(shù)iMAP（inducible Mosaic Animal for Perturbation），快速鑒定了90個(gè)基因在39種組織的基本功能，構(gòu)建了世界首張小鼠微型“擾動(dòng)圖譜”。

早在2001年，國(guó)際人類(lèi)基因組計(jì)劃就公布了人類(lèi)基因組序列。但目前為止，約兩萬(wàn)個(gè)哺乳動(dòng)物蛋白編碼基因在500多種細(xì)胞中的功能仍不為人知，這嚴(yán)重妨礙了疾病的診斷和治療。要系統(tǒng)性地解碼全部基因在全部細(xì)胞中的功能，必須將其分別在各種細(xì)胞中敲除（擾動(dòng)）再鑒定其細(xì)胞表型，即描繪完整的“擾動(dòng)圖譜”。這個(gè)圖譜的完成，將成為生物醫(yī)學(xué)研究的分水嶺：此后，要探索任何基因的基本功能，將會(huì)像查找基因序列一樣簡(jiǎn)單。但用傳統(tǒng)的基因打靶方法，無(wú)法快速有效地描繪擾動(dòng)圖譜，成為功能基因組學(xué)領(lǐng)域久攻不下的瓶頸。池天課題組里程碑式的成果為描繪完整擾動(dòng)圖譜邁出了從0到1的第一步。

iMAP融合了Cre-loxP和CRISPR-Cas9技術(shù)，其核心組成部分是一個(gè)轉(zhuǎn)基因序列，它由U6啟動(dòng)子和下游一串gRNA表達(dá)單位構(gòu)成。轉(zhuǎn)基因通常只表達(dá)第?個(gè)sgRNA，而利用藥物（他莫昔芬）激活Cre，導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因重組，可使其余的sgRNA也得以表達(dá)，但每個(gè)細(xì)胞只隨機(jī)表達(dá)其中?個(gè)。這些sgRNA可在Cas9的幫助下敲除相應(yīng)的靶基因，從而將小鼠轉(zhuǎn)化為嵌合體。 這種嵌合體可立即用于描繪擾動(dòng)圖譜，也可迅速、廉價(jià)地繁育出多種傳統(tǒng)的單基因敲除品系。該品系不但可用于特定靶基因的后續(xù)深入研究，更可用于個(gè)體水平的表型篩選，從而與嵌合體優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，共同加速基因解碼。

圖1.iMAP原理

研究團(tuán)隊(duì)首先構(gòu)建了一個(gè)iMAP品系，它攜帶61個(gè)gRNA表達(dá)單位，共靶向6個(gè)功能已知的標(biāo)志基因。該品系證明了iMAP的魯棒性，包括展示轉(zhuǎn)基因起碼能穩(wěn)定傳13代。隨后構(gòu)建的iMAP品系攜帶100個(gè)gRNA表達(dá)單位，靶向90個(gè)功能不甚清晰的基因，以此構(gòu)建了一個(gè)微型擾動(dòng)圖譜，揭示了這90個(gè)基因分別在39個(gè)組織/細(xì)胞中對(duì)細(xì)胞存活、擴(kuò)增、分化的影響。

圖2.微型擾動(dòng)圖譜。展示100個(gè)sgRNA分別在39個(gè)組織/細(xì)胞類(lèi)型中的豐度。

不但如此，研究團(tuán)隊(duì)還證明，一個(gè)iMAP品系的確可以衍生出多個(gè)傳統(tǒng)的單基因敲除品系。

該成果論文題為“Large-Scale Multiplexed Mosaic CRISPR Perturbation in the Whole Organism”。生命學(xué)院池天課題組2016級(jí)博士劉波（已畢業(yè)）、2018級(jí)博士生荊征宇、2019級(jí)博士生張校銘、2014級(jí)博士陳玉鑫（已畢業(yè)）、2015級(jí)博士毛少帥（已畢業(yè)）為本文共同第一作者，池天教授為唯一通訊作者。上海科技大學(xué)為第一完成單位。（來(lái)源：上?？萍即髮W(xué)）