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變色蜥的「白子」之謎,基因工程能解?
爬行綱有麟目(包括蜥蜴與蛇)現生物種超過1萬個,但是科學家還沒有利用基因工程技術針對牠們的基因做功能研究。於是美國喬治亞大學的研究團隊挑選變色蜥(Anolis)開發利用CRISPR-Cas9的爬行類模式系統。
 
 
雄性沙氏變色蜥(credit: Ianaré Sévi)
▲雄性沙氏變色蜥(credit: Ianaré Sévi)
 
爬行綱有麟目(包括蜥蜴與蛇)現生物種超過1萬個,但是科學家還沒有利用基因工程技術針對牠們的基因做功能研究。例如最新的基因編輯技術CRISPR-Cas9,魚類、兩棲類、鳥類,以及哺乳類都有模式系統,爬行類還沒有。

於是美國喬治亞大學的研究團隊挑選變色蜥(Anolis)開發利用CRISPR-Cas9的爬行類模式系統,因為過去半個世紀,變色蜥已是研究爬行類演化、生理、發育的核心模式系統。變色蜥在加勒比海地區經歷過趨異演化,在形態、行為、生理上分化出大量的物種。同時,學者發現了許多趨同演化的例子。因此關於變色蜥的科學文獻異常豐富。

 

研究人員選擇沙氏變色蜥(Anolis sagrei)做實驗。一般而言,以CRISPR-Cas9更動特定基因座,必須藉顯微注射完成—趁胚胎仍處於單細胞階段時進行,但是對變色蜥受精卵做顯微注射非常困難。

 
 
美國喬治亞大學團隊以基因編輯技術生產的白子變色蜥(credit: Prof. Douglas B. Menke)
▲美國喬治亞大學團隊以基因編輯技術生產的白子變色蜥(credit: Prof. Douglas B. Menke)

 

一來,變色蜥實行體內受精,而且雌性可以把精子長期儲存在輸卵管內,很難掌握注射時機。其次,變色蜥的成熟卵很大(直徑約8 mm),含有大量卵黃,非常脆弱,不容易操弄。最後,卵子受精後便裹上卵殼,不待排出體外胚胎就開始發育,可是變色蜥的卵與鳥卵不同,殼不硬又沒有氣室,不方便對其中的胚胎動手腳。這些困難不是變色蜥特有的,而是許多爬行類的共同特點,因此以變色蜥開發的實驗系統可以應用於其他物種。

 

研究人員的目標是生產酪胺酸酶的基因tyr,因為許多脊椎動物物種喪失了tyr之後仍然能夠存活。此外,酪胺酸酶調控黑色素的生成,tyr喪失功能後會造成肉眼可以分辨的表現型,例如「白子」。

 

結果研究人員發現,針對卵巢中未成熟的卵(直徑不超過5 mm)做顯微注射,成功率最高;直徑超過6 mm的,則敬謝不敏。每一隻雌蜥蜴最多有10粒卵子接受顯微注射,合計21隻雌蜥蜴共有146粒卵子接受CRISPR-Cas9注射。卵子受精孵化後,9隻幼蜥至少有一份tyr已喪失功能,其中4隻的表現型是白子—兩份tyr都喪失功能。

 

參考資料:Introducing the world’s first gene-edited lizard, by H. Murphy, New York Times, April 5, 2019, https://www.nytimes.com/2019/04/05/us/crispr-albino-lizard.html.

 
來源 來源:
《科學發展》2019年5月,557期,79頁
原標題:「白子」變色蜥
標籤 標籤:
基因工程(7)白子(1)沙氏變色蜥(1)CRISPR-Cas9(1)
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