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斑馬魚是脊椎動(dòng)物生物學(xué)和人類疾病研究的一個(gè)重要的參與者。其胚胎透明、體外受精、短繁殖周期和快速生長(zhǎng)等特點(diǎn)意味著可對(duì)活體動(dòng)物開(kāi)展緊密地胚胎發(fā)育研究，斑馬魚可作為研究基因行為和功能的一種有用模型。

現(xiàn)在來(lái)自梅奧醫(yī)學(xué)中心（Mayo Clinic）的分子生物學(xué)家Stephen Ekker領(lǐng)導(dǎo)研究人員*次利用人工酶切割一段基因序列中的部分DNA，并用合成DNA取代它們，對(duì)斑馬魚基因組部分序列進(jìn)行了定制修改。這項(xiàng)工作發(fā)表在9月23日的《自然》（Nature）雜志上。

研究人員以往曾利用稱作鋅指核酸酶（ZFNs）的酶或稱作morpholino的基因調(diào)控分子來(lái)編輯活體動(dòng)物基因組的靶向部分。斑馬魚DNA一直是用ZFNs或轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物核酸酶（transcription activator-like effector nucleases ，TALENs）在靶向位點(diǎn)通過(guò)故意突變來(lái)進(jìn)行修改。TALENs也被用于培養(yǎng)物中進(jìn)行靶向基因組編輯。在新研究中，Ekker和他的同事們是利用人工TALENs在活體斑馬魚幼蟲(chóng)中進(jìn)行基因組編輯。

相比ZFNs和 morpholinos，TALENs具有幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：它們更便宜、更有效，尤其是以一種開(kāi)發(fā)活性形式應(yīng)用時(shí)。ZFNs只能靶向特異序列，而TALENs有潛力對(duì)任何的DNA序列起作用。Morpholinos的效應(yīng)是短暫的，而TALENs可造成*性的改變。研究小組發(fā)現(xiàn)在某些情況下，它們還允許對(duì)誘導(dǎo)突變進(jìn)行更快速的分析，有可能在注射幼蟲(chóng)中即刻觀察效應(yīng)。

生命模式

Ekker和同事們插入到斑馬魚DNA中的一段序列可以使基因開(kāi)啟和關(guān)閉。這使得研究人員能夠在早期發(fā)育過(guò)程中通過(guò)即刻開(kāi)啟突變，或在生命晚期斑馬魚達(dá)到成熟時(shí)開(kāi)啟突變來(lái)檢測(cè)一個(gè)基因的效應(yīng)。因?yàn)閹в杏绊懓l(fā)育的刻意突變基因的斑馬魚通常無(wú)法存活到成年，因此通常不大可能在生命晚期才來(lái)檢測(cè)基因改變的效應(yīng)。

倫敦大學(xué)學(xué)院從事斑馬魚研究的發(fā)育生物學(xué)家Jason Rihel說(shuō)：“這項(xiàng)工作為利用斑馬魚開(kāi)展大量重要的實(shí)驗(yàn)開(kāi)啟了可能性。這種直接重寫天然遺傳序列的能力使得我們能夠控制改良復(fù)雜疾病斑馬魚模型所需的基因。這樣的模型可用于標(biāo)記特異腦神經(jīng)元的行為功能，或梳理協(xié)調(diào)脊椎動(dòng)物發(fā)育的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)。”

Ekker說(shuō)TALENs技術(shù)也將在其他生物體中獲得應(yīng)用。“盡管我們側(cè)重于斑馬魚，在包括大鼠、小鼠、果蠅和線蟲(chóng)的其他模式系統(tǒng)利用這一相同的技術(shù)也具有重要的意義，”他說(shuō)。利用諸如小鼠等物種開(kāi)展研究依賴于體外的干細(xì)胞改良，隨后將其培育成一個(gè)完整的突變成體，單這種方法不能夠用于在人類中治療疾病。

相比之下，Rihel看到了TALEN技術(shù)在人類中的潛能。“例如為了實(shí)現(xiàn)我頭腦中蹦跶出來(lái)的一個(gè)異想天開(kāi)的想法，我們有可能會(huì)利用靶向DNA編輯在視網(wǎng)膜中修復(fù)人類失明基因。”