近日，北京市農(nóng)林科學(xué)院水產(chǎn)所觀賞魚研究室朱華研究員團隊在國際主流學(xué)術(shù)期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（Q1，IF=7.7）發(fā)表題為“Enhancing genome editing efficiency in goldfish （Carassius auratus） through utilization of CRISPR-Cas12a （Cpf1） temperature dependency”的研究論文。該研究在金魚中成功建立基于CRISPR/Cas12a系統(tǒng)的基因編輯系統(tǒng)，首次實現(xiàn)該系統(tǒng)在非模式魚類中基因組中的高效編輯，揭示了溫度可作為CRISPR/Cas12a編輯效率的開關(guān)，實現(xiàn)不同發(fā)育窗口的可控性條件基因敲除。
CRISPR/Cas技術(shù)自誕生以來，在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥和食品安全等多個領(lǐng)域取得了革命性進(jìn)展。作為一種源于細(xì)菌和古細(xì)菌的適應(yīng)性免疫機制，CRISPR/Cas系統(tǒng)通過識別并切割外源DNA，從而防御病毒和質(zhì)粒的入侵。隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展，CRISPR/Cas系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于基因編輯，并在不同物種中取得了顯著成果。特別是CRISPR/Cas12a（Cpf1）系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單、功能多樣，使其成為繼CRISPR/Cas9之后，基因編輯領(lǐng)域的另一重要工具。然而，CRISPR/Cas12a的應(yīng)用僅僅限制于哺乳動物中或一些模式物種中，還未實現(xiàn)在非模式物種尤其是冷溫性動物中的應(yīng)用。朱華研究員團隊系統(tǒng)性地評估了兩種CRISPR/Cas12a變體（LbCas12a和AsCas12a）在不同溫度和不同時間窗口下對酪氨酸酶（tyr）基因的編輯效果。研究結(jié)果表明Cas12a具有較強的溫度依賴性，尤其是AsCas12a在高溫條件下展現(xiàn)出明顯增強的編輯活性。僅通過一小時的短時高溫處理，便能實現(xiàn)有效的基因敲除，充分證明了CRISPR/Cas12a作為一種高效、快速的基因編輯工具的潛力。此外，溫度作為條件性觸發(fā)因子，能夠精確調(diào)控金魚胚胎發(fā)育過程中的基因敲除時機，為基因編輯的時空調(diào)控提供了新的策略。全基因組重測序結(jié)果進(jìn)一步驗證了所獲得的突變體未出現(xiàn)脫靶效應(yīng)，進(jìn)一步確立了該技術(shù)的精準(zhǔn)性和高效性。
本研究表明，CRISPR/Cas12a系統(tǒng)能夠作為CRISPR/Cas9系統(tǒng)的有效補充，尤其在溫度變化條件下具有更高的應(yīng)用價值，極大擴展了基因編輯技術(shù)的應(yīng)用范圍和潛力。此項技術(shù)不僅為金魚功能基因組學(xué)研究提供了高效的工具，也為水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域的基因編輯提供了新的技術(shù)支撐，并為低溫環(huán)境下的基因編輯提供了可行的解決方案。金魚CRISPR/Cas12a編輯技術(shù)的建立推動了水產(chǎn)養(yǎng)殖物種遺傳改良的技術(shù)革新，彰顯了基因編輯技術(shù)在水產(chǎn)動物育種中的廣泛應(yīng)用前景。
水產(chǎn)所為論文第一完成單位，觀賞魚研究室李繪娟博士為第一作者，朱華研究員為通訊作者。該研究得到了北京市鄉(xiāng)村振興農(nóng)業(yè)科技項目（NY2401170024）、北京市農(nóng)林科學(xué)院院青年科學(xué)基金（QNJJ202238）、北京市農(nóng)林科學(xué)院院科技創(chuàng)新能力建設(shè)專項（KJCX20230216）等項目支持。
全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.141142
