下一代轉基因工具：表觀遺傳調控

2015年，加州大學聖地亞哥分校的生物學家Ethan Bier和Valentino Gantz提出了一項突破性技術，這種名為「活躍遺傳（active genetics）」的新技術打破了父母向後代傳遞遺傳性狀的幾率（超越孟德爾式遺傳）。

果蠅翅膀早期發育：不同熒光素指使不同基因表達模式

今年2月，他們和Shannon Xu在《eLife》發表文章，報道了控制基因活性的新基礎機制——CopyCat元件，還通過實驗驗證了活躍遺傳是靶向基因插入或「轉基因」和遺傳控制元件一步置換的新有效手段。

研究人員在果蠅體內分析了發育過程中翼靜脈結構形成基因的遺傳控制因素，目的是在空間和時間上全面了解基因活性控制機制，和這種遺傳迴路如何在不同物種中進化。

首先Xu等人利用 CRISPR/Cas9 基因組編輯技術在一個伸展的DNA序列（調節翼靜脈形成相關基因）中進行突變，研究人員意外地發現，一對染色體通過相互作用協同控制該基因的活性。證明染色體間相互作用是控制基因活性的潛在形式，鑒於其他生物體也可能發生類似的染色體間串擾，內在規則的發現最終將定義「表觀遺傳干預」新靶點。

他們還展示了保持基因自身位置不變，編輯基因調控序列解鎖新功能的顯著優勢可以更好地控制體內基因開啟和關閉。

「設計新生命離不開這些基礎知識，」Bier說。研究人員還檢測了活躍遺傳作為下一代轉基因工具的效果。名為「CopyCat」的克隆載體可以被精確地插入基因組中任何位置，然後從一個親本的染色體高效複製到另一個親本的染色體上，這樣所有後代都會攜帶CopyCat元件。研究人員說，CopyCat可能將大大加快動植物複雜遺傳品系的組裝速度。

他們使用CopyCat工具刪除調節序列，以及用其他三種果蠅品種序列分別進行替換。當替換序列來自家蠅時，果蠅身上的翼靜脈可以完整形成，但結構和位置卻更像家蠅。

這些研究證明了活躍遺傳具備作為新型遺傳編輯工具應用意義。「我們的成果能鼓舞其他研究人員在其他生命體中應用活躍遺傳，」Xu說。

Ethan Bier教授和他的實驗果蠅

Bier和Gantz指出，除了利用基因驅動系統改善蟲媒疾病傳播，活躍遺傳將在提高人類健康和農業效益等領域大放光彩。

原文標題

CRISPR/Cas9 and active genetics-based trans-species replacement of the endogenous Drosophila kni-L2 CRM reveals unexpected complexity

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