利用单碱基编辑系统定点编辑哈萨克羊MSTN基因的研究
2021-08-23姚旭东蒙亚琦任秀美奥郭延华张译元王立民
姚旭东,蒙亚琦,任秀美奥,郭延华,唐 红,张译元,王立民*,周 平*
(1.石河子大学动物科技学院,石河子 832000;2. 新疆农垦科学院 省部共建绵羊遗传改良与健康养殖国家重点实验室,石河子 832000)
哈萨克羊是新疆最古老的地方绵羊品种之一,具有耐粗饲、适合放牧、肥育性能好等特点,很好地适应了当地特殊的自然环境[1-2]。近年来,随着圈养规模的增加以及人们对肉品质要求的提高,增加产肉量,提高瘦肉率成为哈萨克羊的育种目标。肌肉生长抑制素(myostatin, MSTN)又称生长分化因子-8(growth differentiation factor-8, GDF-8),是转化生长因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β)超家族的一员,参与抑制肌肉分化和生长[3-4]。MSTN基因突变导致其蛋白功能丧失,从而增加肌肉细胞的数量以及增大肌肉纤维的直径,使肌肉过度发育[5]。在家畜中,MSTN基因存在着一些有益的自然突变,使其表现出双肌性状,如双肌肉牛品种比利时蓝牛的MSTN基因第三外显子有11个碱基(937~947 bp)缺失,使MSTN蛋白翻译提前终止;皮埃蒙特牛第3外显子发生g.938G>A替换,这种突变破坏了TGF-β超家族的典型半胱氨酸结构,并导致MSTN蛋白失活[6];双肌肉羊品种特塞尔绵羊(Texel)MSTN基因3′UTR区存在g.6723G>A突变,为骨骼肌中高度表达的microRNAs(miR1和 miR206)创建了靶点,引起MSTN翻译抑制[7]。人为敲除MSTN基因会导致绵羊[8-9]、牛[10]和山羊[11]等动物的肌肉增加、体脂率降低。因此,运用基因编辑技术敲除MSTN基因培育双肌品种成为畜牧业育种的一个新目标。
目前,应用最普遍的基因编辑技术是CRISPR/Cas9(clustered regularly interspersed short palindromic repeats(CRISPR)-associated protein 9)技术,在引导RNA(small guide RNA, sgRNA)的作用下,Cas9酶可以在靶位点造成DNA双链断裂(double-strand break, DSB),然后利用细胞自身的2种修复机制——非同源末端连接(nonhomologous end joining, NHEJ)和同源性定向修复(homology directed repair, HDR)机制实现基因编辑。其中……
