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转基因 or 基因编辑,原来它们的关系是这样的!

2017-07-19 14:00:04邦耀实验室

导读
前几期文章,我们一直围绕着五花八门的基因编辑小鼠的构建,包括基因敲除KO,条件性基因敲除CKO,基因敲入KI等,有的文章或者学者直接把它们归类为转基因小鼠,有的却说不是。那么,这些基因编辑的小鼠究竟和转基因小鼠之间隐藏着什么样的神秘关系呢?今天小编就一一为大家揭晓。


从狭义的严格意义上讲,它们的关系是并列,而非所属

 

如下表所示:转基因小鼠(Transgenic mice)是一种较早出现的随机转基因的小鼠,单独列出;基因敲除KO,基因敲入KI及条件性基因敲除CKO小鼠等同属于基因定点修饰的小鼠,又名基因编辑小鼠;狭义上讲,2类之间属于并列关系,共称为基因工程小鼠。

 

 

为何如此区分?主要在于二者的构建原理:

 

一、转基因小鼠(Transgenic mice)

 

定义外源基因随机整合到基因组中,并在体内表达转入基因的小鼠。因为导入的是外源基因,所以被称为转基因(transgene)。

 

出现时间1974年,第一只携带外源基因的小鼠(Transgenic mice)的诞生,Gordon等人首次将HSV和SV40 病毒DNA片段的重组质粒,以显微注射的方式导入小鼠受精卵的雄原核内。

 

1982年Palmiter等运用此法将大鼠的生长激素rGH基因与小鼠的金属硫蛋白(MT)基因的启动子顺序连接,再引入质粒中。并将这种质粒注入小鼠受精卵中,得到了生长迅速的“超级巨鼠(super mouse)”,当时引起了整个生物学界的轰动。

 

构建方法主要基于Palmiter等人的技术,通常用显微注射将外源DNA注射(或逆转录病毒介导等方法)入一个受精卵细胞核中,使外源DNA随机整合到小鼠基因组中,进而获得带有外源基因的小鼠。

 

特点虽然构建过程简单,但是具体整合的位置是随机的,不可控的。

 

二、基因定点修饰小鼠

 

基因定点修饰小鼠定义通过DNA同源重组(HDR)和非同源末端连接(NHEJ)的DNA修复达到定点修饰基因的目的,包括KO,KI及CKO等类别。

 

出现时间1987年,Capecchi和Smithies根据DNA同源重组的原理,首次实现了在小鼠胚胎干细胞(mES)水平上的外源基因的定点整合,这就是广为人知的ES基因打靶技术。

 

后面随着各种基因编辑技术的发展,构建定点修饰小鼠日益简单,如ZFN(1996),TALENs(2011),近年来热门的CRISPR/Cas9(2013)。

 

构建方法传统方法是ES细胞基因打靶技术,基于同源重组对ES细胞特定位点基因进行改造,通过显微注射将遗传修饰的ES细胞引入受体胚胎内。目前应用最多的是最新的CRISPR/Cas9基因编辑技术(操作简便,作用活性高)。

 

特点与转基因的最大区别在于并非随机整合,因此可以实现更加高效准确定点的基因修饰。

 

鉴于前几期我们已经详细介绍ES细胞打靶和基因编辑小鼠的构建方法,这次我们就把转基因小鼠的构建方法做简单介绍。

 


在上面的构建过程中,需要注意的是转基因小鼠繁育:


 

 

转基因技术的优点:

 

①外源DNA整合率高、容量大,DNA长达50kb仍然有效;

 

② 通常以多拷贝串连的方式插入,可以得到高拷贝的转基因小鼠;

 

③由于插入位点是随机的,可能通过一次注射就得到高、中、低表达水平不同的品系。

 

但是这个技术存在很大的缺陷:

 

①随机转基因的具体整合的位置是随机的,不可控的;

 

②外源DNA随机整合可能会破坏正常基因,诱发癌变,细胞凋亡等恶性结果;

 

③效率低,获得纯合子的转基因小鼠要一个相当长的筛选和纯化过程。

 

转基因小鼠应用:

 

转基因动物可以研究某些基因的特异性表达(包括表达强度、表达时间、表达部位)对个体的影响,如转入GFP示踪目的基因,从而研究某些基因的的特异性表达。目前转基因小鼠已为动物遗传模型的建立,肿瘤学研究,及转基因家畜的问世作出了巨大贡献。

 

其实,还有广义的转基因小鼠

 

随着基因编辑技术的发展,优势越发明显,因此这种随机的转基因小鼠日渐淡出我们的实验室。但是在很多文章和会议中,不严格来讲,仍然会把所有的与基因工程有关的小鼠(基因导入、敲除及敲入等)统称为转基因小鼠,这似乎也没有严格的对错之分。

 

在实验研究中,我们也不必太纠结这些所谓的命名,只需要明确研究目的,并结合已有的研究进展和技术,选择最合适的基因工程小鼠模型即可。