این اولین مورد از دستکاری ژنتیکی در یک مارمولک یک ارگانیسم مدل ایجاد کرده است که می تواند به درک بیشتر از تکامل و رشد خزندگان کمک کند.
CRISPR-Cas9 یا به سادگی CRISPR منحصر به فرد، سریع و ارزان است ژن ابزار ویرایش که امکان ویرایش ژنوم را با حذف، افزودن یا تغییر می دهد DNA. مخفف CRISPR مخفف عبارت 'Clustered Regularly Inter-Spaced Palindromic Repeats' است. این ابزار ساده و دقیق تر از روش های قبلی برای ویرایش است DNA.
ابزار CRISPR-Cas9 ارگانیسم ها را در مرحله زیگوت (یک سلولی) با ساختار DNA ساخته شده از (الف) آنزیم Cas9 که به عنوان "قیچی" عمل می کند و می تواند بخشی از DNA را قطع یا حذف کند، تزریق می کند، (ب) RNA هدایت کننده - دنباله ای که با ژن هدف مطابقت دارد و بنابراین آنزیم Cas9 را به محل مورد نظر هدایت می کند. هنگامی که یک بخش هدف از DNA بریده شد، دستگاه ترمیم DNA سلول دوباره به رشته باقیمانده می‌پیوندد و در این فرآیند، ژن مورد نظر را خاموش می‌کند. یا این ژن را می توان با استفاده از یک الگوی DNA اصلاح شده جدید در فرآیندی به نام تعمیر همسانی اصلاح کرد. بنابراین، ابزار CRISPR-Cas9 امکان تغییرات ژنتیکی را با تزریق فراهم می کند ویرایش ژن محلول در یک تخمک بارور شده تک سلولی. این فرآیند باعث ایجاد یک تغییر ژنتیکی (جهش) در تمام سلول های بعدی می شود که در نتیجه بر عملکرد ژن تأثیر می گذارد.
اگرچه CRISPR-Cas9 به طور معمول در بسیاری از گونه ها از جمله ماهی، پرندگان و پستانداران استفاده می شود، اما تاکنون در دستکاری ژنتیکی خزندگان موفق نبوده است. این در درجه اول به دلیل دو مانع است. اول، خزندگان ماده اسپرم را برای مدت طولانی در مجرای تخمدان خود ذخیره می کنند که تعیین زمان دقیق لقاح را دشوار می کند. دوم، فیزیولوژی تخم‌های خزندگان دارای ویژگی‌های زیادی مانند پوسته‌های تخم مرغ انعطاف‌پذیر، شکنندگی بدون فضای هوا در داخل است که دستکاری جنین بدون ایجاد پارگی یا آسیب را به چالش می‌کشد.
در مقاله آپلود شده در bioRxiv در 31 مارس 2019، محققان توسعه و آزمایش راهی برای استفاده از CRISPR-Cas9 را گزارش کردند. ویرایش ژن برای اولین بار در خزندگان گونه خزنده انتخاب شده در این مطالعه گرمسیری بود مارمولک نام آنولیس ساگری یا به طور معمول آنول قهوه ای که در کارائیب گسترده است. مارمولک های مورد مطالعه از یک منطقه وحشی در فلوریدا، ایالات متحده آمریکا جمع آوری شدند. این گونه به دلیل اندازه مینیاتوری، فصل تولید مثل طولانی و میانگین زمان نسبتاً کوتاه بین دو نسل، برای مطالعه ایده آل است.
برای غلبه بر محدودیت‌هایی که در حال حاضر خزندگان با آن مواجه هستند، محققان اجزای CRISPR را به تخم‌های نابالغ نابالغ تزریق کردند، در حالی که تخم‌ها قبل از لقاح هنوز در تخمدان‌های مارمولک‌های ماده بودند. آنها ژن تیروزیناز را هدف قرار دادند که آنزیمی تولید می کند که رنگدانه های پوست را در مارمولک ها کنترل می کند و اگر این ژن حذف شود، مارمولک زال به دنیا می آید. این فنوتیپ رنگدانه واضح دلیل انتخاب ژن تیروزیناز بود. تخمک های میکرو تزریق شده سپس در داخل ماده بالغ می شوند و متعاقباً به طور طبیعی با اسپرم نر معرفی شده یا ذخیره شده بارور می شوند.
در نتیجه، چند هفته بعد چهار مارمولک آلبینو متولد شدند که تایید کردند ژن تیروزیناز غیرفعال شده است و ویرایش ژن روند موفقیت آمیز بود از آنجایی که فرزندان حاوی ژن ویرایش شده از هر دو والد بودند، واضح بود که اجزای CRISPR برای مدت طولانی تری در تخمک نابالغ مادر فعال می ماند و پس از لقاح، ژن های پدری را جهش می داد. بنابراین، مارمولک‌های آلبینو جهش یافته تیروزیناز دستکاری شده را در ژن‌های به ارث رسیده از مادر و پدر نشان دادند، زیرا آلبینیسم یک ویژگی است که از هر دو والدین به ارث رسیده است.
این اولین مطالعه ای است که به طور موثر خزندگان اصلاح شده ژنتیکی تولید می کند. این تحقیق می تواند به روشی مشابه در سایر گونه های مارمولک مانند مارها که رویکردهای فعلی برای آنها ناموفق بوده است، کار کند. این کار می تواند به درک بیشتر از تکامل و تکامل خزندگان کمک کند.
***
{این مطالعه در حال حاضر برای بررسی همتایان ارسال شده است. می‌توانید نسخه پیش‌چاپ را با کلیک کردن روی پیوند DOI که در فهرست منابع ذکر شده در زیر آمده است بخوانید}
منبع (ها)
Rasys AM و همکاران. 2019. پیش چاپ. CRISPR-Cas9 ویرایش ژن در مارمولک ها از طریق ریز تزریق تخمک های بارور نشده. bioRxiv. https://doi.org/10.1101/591446
