Cell：科學家們開發出更精準、更高通量的分析基因新方法

西班牙卡洛斯三世心血管研究中心的科學家找到一個新方法來產生和研究基因嵌合體。在這些基因嵌合體中，相同組織可以含有不同的已知基因型的細胞群，能夠允許研究這些基因型在細胞行為中的差異。發表在8月10日Cell上的新方法將允許任何研究人員在脊椎動物模型中誘導多譜系基因嵌合體，如小鼠和斑馬魚。

用多譜系基因嵌合體來研究比經典遺傳學更精確

這項技術將有助於提高對基因在發育和疾病中各個時空解析度的功能和相互作用的理解。研究基因功能方法的改進將使研究人員能夠增加了解基因組是如何構成我們身體的，和理解基因相互作用網路的知識，而且對設計出修改或糾正疾病相關基因活性的有效治療策略是至關重要的。

改變基因活性的能力從根本上改變了研究生物過程的方法。今天，大多數研究人員一次分析一個基因的功能，通過改變它的活性，在一個器官、或動物中的所有細胞、或一個子集的細胞中增加它或消除它。通過這種方法，分析單個基因修飾在器官或動物中的發育、功能或疾病中產生的變化來獲得對基因功能的理解。

文章的第一作者Rui Benedito解釋使用誘導基因嵌合體的實驗方法，誘導的基因變化只發生在一些生物體的細胞（突變細胞），而其他細胞保持不變（正常細胞）。他說：「誘導型基因嵌合體的應用非常重要，因為它使我們能夠在相同的環境中研究不同基因型的細胞如何作用，所以任何差異可以歸因於誘導的基因改變。」這種方法來研究基因的功能往往比經典遺傳學更加精確和豐富。

由於果蠅易於進行有絲分裂重組，遺傳嵌合體在其中得到了廣泛的應用，並徹底改變了基因功能和細胞生物學的研究。然而，迄今為止，在生物醫學研究中應用最廣泛的模型生物小鼠上誘導和分析基因嵌合體在技術上更具挑戰性。攜帶多個基因和調控元件的大型DNA結構對基因組的靶向存在技術困難。

在小鼠中產生多譜系基因嵌合體的方法和流程

產生多譜系基因嵌合體的方法和流程

為了在小鼠中產生基因嵌合體，科學家們開發出了新的分子生物學和轉基因方法。這些方法允許在同一隻小鼠同時誘導多個嵌合體基因修飾，其不同熒游標記的表達可以用高分辨多光譜顯微鏡檢測到。

為了讓其他研究小組可以使用這些新的遺傳工具，研究團隊首先開發了一個開源的DNA工程策略，大大簡化了含有多個靶基因和熒游標記基因的龐大而複雜的DNA構建過程。該團隊還開發了新的CRISPR/Cas9方法介導這些DNA分子進入胚胎幹細胞或受精卵，簡單、快速和可靠地產生轉基因小鼠的嵌合體。

15個顏色編碼的細胞群

有了這些新的遺傳工具和轉基因小鼠，研究團隊能夠用同步熒光顯微鏡觀察多達15個顏色編碼的細胞群，來研究相同組織的多個基因功能，每一個顏色表達獨特的基因組合。據Rui Benedito說，「這項技術首次允許多個遺傳嵌合體組合被誘導，在相同的小鼠不同細胞中進行分析。因為不同的細胞群在同一個組織中被誘導，並且可以同時成像，所以對它們行為差異的分析可以為研究基因的功能提供精確數據和新見解。這種方法與遺傳分析的既定程序相比，具有實際的優勢，因為這需要對不同組織或環境中存在的細胞進行比較，所以分析必須由具有或沒有給定基因修飾的獨立動物完成。

參考資料

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