CRISPR基因编辑实现性别选择,100%产生雄性或雌性后代

你可能不知道,全世界每年有大约70亿只雄性小鸡刚孵化出来,就被“处理掉”了,因为它们既不能下蛋,肉质也没有母鸡好。

       你可能不知道,全世界每年有大约70亿只雄性小鸡刚孵化出来,就被“处理掉”了,因为它们既不能下蛋,肉质也没有母鸡好。除此之外,奶牛场希望他们的牛尽可能多的生母牛,这导致全世界每年有数百万头公牛犊“被处理”。正常情况下1:1的性别比例,导致大量不被需要的性别的动物被浪费。

       而对于科研来说也一样,有许多研究只需要特定性别的实验动物,例如研究乳腺癌往往只需要雌性小鼠,而研究前列腺癌就只需要雄性小鼠,这就导致另一种性别的动物被浪费。仅仅在过去的5年里,就有大约25000篇论文是研究特定性别的小鼠。因此,产生和扑杀特定性别的动物无论是在伦理上,还是在经济上,都造成了很大的负担。如果能从一开始就只产生所需要的特定性别的动物,显然能够很大程度上解决这一困境。
        近日,英国弗朗西斯·克里克研究所和肯特大学的研究人员在 Nature Communications 期刊发表了题为:
CRISPR-Cas9 effectors facilitate generation of single-sex litters and sex-specific phenotypes
的研究论文。该研究利用CRISPR基因编辑技术,以小鼠为模型,开发了一种
合成致死的双组份CRISPR-Cas9策略,可以让小鼠100%产生全部雄性或全部雌性。更重要的是,该技术还可能适用于其他脊椎动物物种,并为实验室研究和农业生产中面临的伦理和经济上的问题提供解决方案。
CRISPR基因编辑实现性别选择,100%产生雄性或雌性后代
        我们都知道,CRISPR-Cas9基因编辑系统由两部分组成:用来切割DNA的Cas9酶和用来识别靶向特定DNA序列的sgRNA。这两个组分合作实现对特定DNA序列的靶向切割,进而实现基因编辑。
CRISPR基因编辑实现性别选择,100%产生雄性或雌性后代
        为了实现让小鼠只产生特定性别的后代的目的,就需要消除一种性别的胚胎。研究团队将CRISPR的两个组分Cas9和sgRNA分别放到两个亲本中,然后,他们需要找到一个能够有效消除胚胎的分子靶标,这个靶标必须在发育过程中以足够高的水平和在正确的时间表达。研究团队选择了拓扑异构酶1基因
TOP1
,该基因是细胞分裂的关键,如果删除了这个基因,就会在非常早期导致胚胎迅速死亡。
       研究团队将编码靶向TOP1基因的sgRNA的DNA序列插入到雌性小鼠基因组中,并将编码Cas9酶的DNA序列插入到雄性小鼠的Y染色体上。然后这两种小鼠交配,当携带Y染色体的精子和卵子结合时,Cas9酶和靶向TOP1基因的sgRNA结合,进而敲除TOP1基因,导致这个雄性胚胎在还只有几十个细胞时就死亡,最终只产生雌性小鼠。
       而如果把编码Cas9酶的DNA序列插入到雄性小鼠的X染色体上,则产生完全相反的结果,即只产生雄性小鼠。
CRISPR基因编辑实现性别选择,100%产生雄性或雌性后代
        从实验结果来看,正常情况下,小鼠的出生性别比接近1:1,而这种CRISPR基因编辑策略可以实现100%产生雄性小鼠后代或100%产生雌性小鼠后代。相信一些读者看到这里,开始担心这种方法会被用到人类身上,从而导致性别比例的失调。
       实际上这种担心完全没有必要
,首先,对人类进行基因编辑需要严格的审核,而论文中的这种可以遗传下去的基因编辑操作应用在人类身上更是违法的。其次,这种方法只适用于产仔多、妊娠期短的物种。人类如果需要调整出生性别,有更简单可行的方法。

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