中科院之聲 - 牡蠣基因組編輯研究獲進展－鑽石舞台

近日，中國科學院海洋研究所實驗海洋生物學重點實驗室張琳琳團隊在牡蠣基因組編輯方面獲新進展。相關研究成果發表在Frontiers in Marine Science（DOI：10.3389/fmars.2022.912409）上。

隨着高品質動物蛋白需求的增長，水產養殖正成為人類食用海產品的主要來源。與許多成熟的陸生牲畜和作物系統相比，多數水產養殖物種育種仍處於馴化的早期階段。傳統的育種方式如選擇、雜交和標記輔助育種系統，推進了水產養殖物種經濟性狀（包括抗病性、營養價值和生長質量等）的遺傳改良。基因組編輯技術是近年來探索基因功能和解析性狀直接有效的方法，其中CRISPR/Cas9基因編輯技術具有操作簡單、靶點選擇廣、成本低、效率高等優點，為重要水產物種經濟性狀的遺傳解析和良種培育提供了有力工具。

牡蠣為世界大宗水產養殖貝類，而與水產魚類相比，基因組編輯育種技術在牡蠣中應用尚處於起步階段。針對牡蠣卵徑小（~50 μm）、顯微操作難、幼蟲死亡率高、間接發育時間時間長以及在獲得可遺傳純系方面難度大、成本高、耗時長的難題，張琳琳團隊經過長期研究攻關，搭建了一套基於電穿孔的Cas9/sgRNA複合物高通量遞送和突變體快速檢測的技術平台，實現了對牡蠣（Crassostrea gigas angulate）基因組中標記基因（β-tubulin）的高效編輯。

研究採用前期研發的「長片段缺失鑲嵌性突變技術」（Zhang L., et al, 2016, Nature Communications；Zhang L., et al., 2017, PNAS）。通過同時電穿孔多個靶基因sgRNAs，研究在長牡蠣靶向基因中檢測到超過300 bp的長片段缺失突變，使研究可以使用PCR和常規瓊脂糖凝膠電泳對突變體進行快速篩選和基因分型。這種同時傳遞兩個以上sgRNAs以獲得長片段缺失的策略是顯著的改進，簡化了基因組編輯基因型檢測的工作流程。此外，利用原位雜交和行為學分析等表型檢測手段，研究在牡蠣G0代幼蟲中觀察到表型的鑲嵌型突變（纖毛的縮短、缺失）和運動能力下降。這種鑲嵌型突變有利於探究在G0代個體中對突變表型進行快速鑑別，同時能規避目標基因完全缺失導致的胚胎致死性。該研究在海洋經濟貝類牡蠣中建立了基於電穿孔和長片段缺失鑲嵌性突變的CRISPR/Cas9基因編輯平台，可為今後基於CRISPR/Cas9基因組編輯技術在海洋貝類中開展基因功能研究提供有益參考，並為牡蠣以及其他水產養殖物種的基因組編輯育種提供有力工具。

研究工作得到山東省「海洋生命資源綠色發展技術與應用」工作站、中科院戰略性先導科技專項（B類）和國家海外引才計劃青年項目等的支持。