生物技术通报 ›› 2021, Vol. 37 ›› Issue (5): 67-75.doi: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-0963
谢绍怡(), 蒋璐蔓, 杨晓峰, 张仙玉, 吴珍芳, 李紫聪()
收稿日期:
2020-08-03
出版日期:
2021-05-26
发布日期:
2021-06-11
作者简介:
谢绍怡,女,硕士研究生,研究方向:动物遗传育种与繁殖;E-mail: 基金资助:
XIE Shao-yi(), JIANG Lu-man, YANG Xiao-feng, ZHANG Xian-yu, WU Zhen-fang, LI Zi-cong()
Received:
2020-08-03
Published:
2021-05-26
Online:
2021-06-11
摘要:
性别控制技术在畜牧业生产、濒危动物保护、伴性疾病预防等方面都有着重要的意义,但是目前较为有效的精子分离技术却因成本高昂、技术难度大的问题无法广泛应用于畜禽生产上。受在蚊子上成功实现性别控制的研究启发,本实验设计了两个靶向小鼠X染色体重复序列的sgRNA,构建了含有靶向切割小鼠X染色体的CRISPR/Cas9系统的CMV载体,并对其进行体外、细胞及胚胎水平上的切割效率验证。结果显示:sgRNA X1和sgRNA X3体外介导的Cas9蛋白切割靶序列的效率分别为60.0%和75.0%;CMV载体成功转染MLTC-1细胞后,死亡率与对照组(转染空载体)相比显著提高;CMV载体对X1靶位点的突变效率为11.1%;与对照组相比,小鼠孤雌胚胎注射CMV载体后囊胚率有一定的下降,但未达到显著水平,而囊胚细胞数则显著下降(P<0.01)。实验证明了CMV载体在体外、细胞及胚胎水平上均具有较高的切割效率,能够成功删除X染色体,可用于减少某一性别的精子或胚胎,从而实现哺乳动物的性别控制。
谢绍怡, 蒋璐蔓, 杨晓峰, 张仙玉, 吴珍芳, 李紫聪. 切割小鼠X染色体的CRISPR/Cas9系统表达载体的构建及验证[J]. 生物技术通报, 2021, 37(5): 67-75.
XIE Shao-yi, JIANG Lu-man, YANG Xiao-feng, ZHANG Xian-yu, WU Zhen-fang, LI Zi-cong. Construction and Verification of CRISPR/Cas9 System Expression Vector for Mouse X Chromosome Cutting[J]. Biotechnology Bulletin, 2021, 37(5): 67-75.
引物名称 Primer name | 引物序列 Primer sequence(5'-3') | 产物长度 Product size/bp |
---|---|---|
X1-F | TGAGTACTTGGTTAGGGTGAGC | 1 212 |
X1-R | TGGAAGTCTCTGGCATA | |
X3-F | AAGGTTCCCAATGGTCACAGG | 1 383 |
X3-R | ACCATACCATGGTTTTCCCCA |
表1 靶片段扩增引物
Table 1 Target fragment amplification primers
引物名称 Primer name | 引物序列 Primer sequence(5'-3') | 产物长度 Product size/bp |
---|---|---|
X1-F | TGAGTACTTGGTTAGGGTGAGC | 1 212 |
X1-R | TGGAAGTCTCTGGCATA | |
X3-F | AAGGTTCCCAATGGTCACAGG | 1 383 |
X3-R | ACCATACCATGGTTTTCCCCA |
引物名称 Primer name | 引物序列 Primer sequence(5'-3') | 产物长度 Product size/bp |
---|---|---|
sgRNA X1-F | TAATACGACTCACTATAGGGG- CTTGGTTAGGGTGAGTGCT | 120 |
sgRNA X1-R | AAAAGCACCGACTCGGTGCC | |
sgRNA X3-F | TAATACGACTCACTATAGGG- TAAGTGCTGTGTGCTGCTAC | 120 |
sgRNA X3-R | AAAAGCACCGACTCGGTGCC |
表2 sgRNA体外转录模板扩增引物
Table 2 Primers for amplification of sgRNA transcription template in vitro
引物名称 Primer name | 引物序列 Primer sequence(5'-3') | 产物长度 Product size/bp |
---|---|---|
sgRNA X1-F | TAATACGACTCACTATAGGGG- CTTGGTTAGGGTGAGTGCT | 120 |
sgRNA X1-R | AAAAGCACCGACTCGGTGCC | |
sgRNA X3-F | TAATACGACTCACTATAGGG- TAAGTGCTGTGTGCTGCTAC | 120 |
sgRNA X3-R | AAAAGCACCGACTCGGTGCC |
引物名称 Primer name | 引物序列 Primer sequence(5'-3') | 产物片段 Product size/bp |
---|---|---|
X1 mutation-F | GCATGCTTGGTTAGGGTGAGTT | 954 |
X1 mutation-R | GCTGGAAACCCAAGCAC |
表3 X1靶位点扩增引物
Table 3 Primers for amplification of the X1 target site
引物名称 Primer name | 引物序列 Primer sequence(5'-3') | 产物片段 Product size/bp |
---|---|---|
X1 mutation-F | GCATGCTTGGTTAGGGTGAGTT | 954 |
X1 mutation-R | GCTGGAAACCCAAGCAC |
sgRNA名称 sgRNA name | 靶位点(拷贝数) Target location(copy number) | 核苷酸序列 Nucleotide sequence(5'-3') |
---|---|---|
sgRNA X1 | X1(72) | GCTTGGTTAGGGTGAGTGCT |
sgRNA X3 | X3(99) | TAAGTGCTGTGTGCTGCTAC |
表4 靶向小鼠X染色体多拷贝基因的sgRNA序列
Table 4 Sequences of sgRNA targeting mouse X chromosome multi-copy genes
sgRNA名称 sgRNA name | 靶位点(拷贝数) Target location(copy number) | 核苷酸序列 Nucleotide sequence(5'-3') |
---|---|---|
sgRNA X1 | X1(72) | GCTTGGTTAGGGTGAGTGCT |
sgRNA X3 | X3(99) | TAAGTGCTGTGTGCTGCTAC |
图1 CMV载体的构建及鉴定 A:CMV载体构建示意图。B:载体一和sgRNA片段合成质粒双酶切结果电泳图,M1为1000 DNA marker,M2为10000 DNA Marker;a为原载体一,b为酶切后的载体一;M为10000 DNA marker;pKMV为sgRNA片段合成质粒
Fig.1 Construction and identification of CMV vector A: Schematic diagram of CMV carrier construction. B: Electrophoresis diagram of plasmid double digestion results synthesized by vector 1 and sgRNA fragments, M1 is 1000 DNA marker, M2 is 10000 DNA marker, A is the original vector 1, B is the digested vector 1, M is 10000 DNA marker, and pKMV is a plasmid synthesizing sgRNA fragment
图2 sgRNA X1和sgRNA X3介导Cas9蛋白在体外切割靶序列效率验证的电泳图 图中a为未切割的sgRNA靶序列片段,b为切割后的sgRNA靶序列片段,箭头指示为切割后片段,M为2000 DNA marker
Fig. 2 Electrophoresis diagram of verifying the efficiency of sgRNA X1 and sgRNA X3 mediated Cas9 protein cleaving target sequence in vitro a is the uncut sgRNA target sequence fragment, b is the cut sgRNA target sequence fragment, arrow indicates the cut fragment, and M is 2000 DNA marker
图3 CMV载体、空载体转染MLTC-1细胞不同时间的荧光细胞数比较结果 A:雄性细胞转染CMV载体和空载体后不同时间点的荧光效果图;B:转染载体后不同时间点绿色荧光细胞的比例
Fig.3 Comparison results of the number of fluorescent cells in MLTC-1 cells at different time after transfecting with CMV vector and empty vector A: Fluorescence renderings at different time points after male cells were transfected with CMV vector and empty vector. B: Proportion of green fluorescent cells at different time points after vector transfection
图4 CMV载体转染后对MLTC-1细胞的单克隆细胞团X1靶位点处测序结果 红色框标注的为靶位点,*为匹配碱基,缺失空白处为突变碱基
Fig. 4 Sequencing results of the X1 target site of the monoclonal cell mass of MLTC-1 cells after CMV vector transfection Target sites are marked in the red box, * is the matching base, and the missing space is the mutation base
转染细胞 Transfection cell | 检测筛选获得的单克隆细胞团数 Number of monoclonal cell clusters obtained by screening was detected | 突变的单克隆细胞团数 Number of mutant monoclonal cell clusters | 突变效率 Mutation efficiency/% |
---|---|---|---|
MLTC-1 | 36 | 4 | 11.1 |
表5 CMV载体转染后MLTC-1细胞X1靶位点的突变效率
Table 5 Mutation efficiency of CMV vector transfected MLTC-1 cell X1 target site
转染细胞 Transfection cell | 检测筛选获得的单克隆细胞团数 Number of monoclonal cell clusters obtained by screening was detected | 突变的单克隆细胞团数 Number of mutant monoclonal cell clusters | 突变效率 Mutation efficiency/% |
---|---|---|---|
MLTC-1 | 36 | 4 | 11.1 |
组别 Group | 注射胚胎数Number of injected embryos | 卵裂胚数Number of cleavage embryo | 卵裂率 Cleavage rate | 囊胚数Number of blastocysts | 囊胚率 Blastocyst rate | 囊胚细胞数 Number of blastocyst cells |
---|---|---|---|---|---|---|
注射 CMV 载体组 The Group of CMV vector injection | 98 | 96 | 98.0% | 57 | 58.1% a | 33.93±4.93 a |
注射空载体组 The Group of empty vector injection | 92 | 88 | 95.7% | 64 | 69.5% a | 44.66±6.18 b |
表6 CMV载体和空载体注射孤雌胚体外发育效率比较
Table 6 Comparison of in vitro development efficiency of parthenogenetic embryos injected with CMV vector andempty vector
组别 Group | 注射胚胎数Number of injected embryos | 卵裂胚数Number of cleavage embryo | 卵裂率 Cleavage rate | 囊胚数Number of blastocysts | 囊胚率 Blastocyst rate | 囊胚细胞数 Number of blastocyst cells |
---|---|---|---|---|---|---|
注射 CMV 载体组 The Group of CMV vector injection | 98 | 96 | 98.0% | 57 | 58.1% a | 33.93±4.93 a |
注射空载体组 The Group of empty vector injection | 92 | 88 | 95.7% | 64 | 69.5% a | 44.66±6.18 b |
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