编辑MSTN半胱氨酸节基元促进两广小花猪肌肉生长

肌生长抑制素(myostatin,MSTN)是转化生长因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)家族成员之一,是一种肌肉生长抑制因子。解除MSTN的生长抑制功能是提高畜禽肌肉产量的一种有效途径。TGF-β的半胱氨酸节结构基元(cystine knot motif)能够稳定MSTN蛋白结构,对MSTN生物学功能的发挥具有重要调控作用。本研究应用CRISRP/Cas9基因编辑技术在两广小花猪肾细胞(Liang Guang small spotted pig kidney cells,LPKCs)中对MSTN基因外显子3进行编辑,破坏了其半胱氨酸节基元,以解除MSTN对靶基因的抑制功能。将流式分选获得的混合阳性MSTN编辑LPKCs作为供体细胞进行核移植和胚胎移植,获得8头MSTN基因编辑两广小花猪仔猪,其中2头存活至10日龄,经鉴定这2头均为基因编辑杂合子,它们在构成MSNT蛋白半胱氨酸节基元的两个半胱氨残基C106和C108编码序列附近分别发生碱基的缺失与替换,导致移码突变,使C106和C108突变为其他氨基酸。MSTN基因编辑两广小花猪杂合子肩部和臀部肌肉较为发达。H&E切片分析显示,MSTN基因编辑猪肌纤维横截面积显著减少,肌纤维数量显著增多。Western Blot分析结果显示,C106和C108缺失对MSTN蛋白表达无显著性影响,但显著促进其靶基因Myf5、MyoD和Myogenin等成肌相关因子的表达。本研究获得的基因编辑猪模型没有造成MSTN表达完全缺失,可保留MSTN其他生物学功能,在促进两广小花猪肌肉生长的同时还消除了MSTN完全缺失可能对小花猪造成的潜在影响。     

应用RGS双荧光替代性报告载体提高CRISPR/Cas9对猪BMP15基因的打靶效率

我国是家猪养殖和消费大国,提高母猪的繁殖力对于促进我国生猪产业的发展具有重要的作用。排卵率和产仔数是影响家畜繁殖力的关键因素,其中BMP15 (bone morphogenetic protein 15)基因已被鉴定是控制绵羊排卵数和多胎性状的一个主效基因,然而目前在家猪BMP15基因中尚未发现类似绵羊多胎品系的天然突变。基于高等哺乳动物基因功能的保守性和CRISPR/Cas9(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9)等基因组编辑技术对动物基因组定点修饰的高效性,应用CRISPR/Cas9技术对家猪BMP15基因进行精确的遗传修饰,使家猪获得类似多胎绵羊的天然突变,对于研究该基因对家猪繁殖力的影响以及培育高繁殖力家猪新品系具有重要的意义。本研究通过CRISPR/Cas9对长白猪胎儿成纤维(porcine embryonic fibroblasts, PEF)细胞中BMP15基因进行打靶,T7E1分析显示打靶效率仅有5%。随后通过共转染RGS双荧光替代性报告载体(RFP-GFP surrogate reporter),并应用流式细胞术分选出双荧光细胞,富集到基因组被CRISPR/Cas9修饰的细胞,使基因打靶效率提高至18%。本研究结果表明,应用RGS双荧光替代性报告载体可以有效提高CRISPR/Cas9在PEF细胞中对BMP15基因的打靶效率,为今后通过体细胞核移植技术培育BMP15基因编辑猪进行了有效的探索。