CRISPR-Cas9有助于揭示外来生物的遗传

CRISPR-Cas9基因编辑的简单性很快将研究任何生物的基因，从最简单的粘液霉菌到章鱼，就像现在研究控制线虫，果蝇等标准实验室动物发育的基因一样容易。青蛙和老鼠。

加利福尼亚大学伯克利分校的一项新研究表明，CRISPR-Cas9可以轻易地敲除外来动物中的基因 - 在这种情况下，是一种片脚类动物或者是蚱蜢 - 以了解这些基因如何控制生长和发育。研究人员想知道哪些基因控制了片脚类动物每个部分的附肢发育，其身体就像一把瑞士军刀，每个部分带有不同的刀片或工具作为附属物。

加州大学伯克利分校的研究人员在两年前敲除动物中的一个基因所用的时间较短，在研究动物进化过程中确定腿部解剖学的基本遗传机制。通过逐一淘汰所谓的Hox基因来指定所有动物的身体部位，他们改变了甲壳类动物肢体的身份，例如将爪子变成腿部，或者将爪子变成天线。

“对于我们这些在实验室里研究非传统模式生物的人来说，这具有技术革命的味道，”加州大学伯克利分校博士后研究员Arnaud Martin说。“CRISPR-Cas9肯定会改变与外来动物合作的可能性范围，并且片脚类动物是最早的动物之一。”

马丁正在研究的Hox家族基因在所有动物身上都有发现，一些生物学家认为动物可以被定义为任何具有Hox基因的生物。众所周知，他们可以打开或关闭身体每个部分的无数基因。人类的身体部分在脊柱中最明显，每种类型的脊椎都是独特的形状，都在Hox基因的控制之下。

在热带海洋两栖动物Parhyale hawaiensis中，Martin和Patel想要知道哪个Hox基因在其19个区段中的每一个中起作用，在前面产生口器，然后是爪子，接着是向前移动的腿，强大的跳跃腿推动甲壳类动物向后，游泳腿，最后是僵硬的“锚”腿。

“CRISPR-Cas9已经在模型系统中产生了巨大的影响，如果蝇Drosophila和线虫C. elegans，已经有很多工具。人们能够非常快速地整合这项技术并改变他们的方式这些动物中的突变体，“资深作者Nipam Patel说，他是加州大学伯克利分校，细胞生物学和综合生物学教授。“但是我们还有许多其他动物需要合作，因为我们可以用它们来回答真正基本的进化问题.Dexlo-Cas9是一种很棒的技术。”

其他研究人员最近使用CRISPR-Cas9编辑异常生物体中的基因，如海葵，七鳃鳗和蝴蝶，以查看该工具是否有效，但大多数情况下这些都是使用CRISPR-Cas9进行的“原理验证”实验确认已知的内容。

“在这里，我们已经超越了仅仅表明它在Parhyale中工作并跳出来回答一个非常重要的发展和进化问题：如何在甲壳动物中建立所有这些肢体，以及进化如何通过改变Hox来改变肢体模式基因表达模式，“帕特尔说。

Arnaud，Patel及其加州大学伯克利分校的同事将在12月10日出版的“当代生物学”杂志上发表他们的研究结果。

掌握调节基因

Hox复合物是一组基因，通常被称为主调节基因，编码蛋白质转录因子，关闭或许多其他基因。从开发的早期开始，它们在身体的不同部分(从头到尾)以不同的组合形式出现。自6亿年前它们首次出现在我们的动物祖先中以来，进化已经与同样的基因复合物一起产生了各种各样的动物形状。

马丁说，片脚类动物是研究这些基因的理想动物，因为每个片段都有9种不同的Hox基因选择的特定类型的腿。

“他们是广义上的肢体 - 真正的附属物，”他说。“有些人具有感官功能 - 触角。其他具有适应性的喂食功能，如龙虾的爪子。其他附肢具有运动功能 - 腿部 - 或更为桨状的游泳用的东西。动物内部的差异都是由Hox表达定义的。“

为了研究六种这些Hox基因的功能，研究人员采用了锤子方法：使用CRISPR-Cas9酶来打破和禁用每个片脚类胚胎中的六个基因之一，使整个生物体仅缺少一个基因。然后他们能够确定哪些基因控制哪个附属物。

“在最引人注目的转变之一中，我们采取位于腹部前方的羽毛状游泳腿，并通过移除一个基因，将它们转化为看起来与通常在最后一个胸段上发现的大型跳跃腿一样，”帕特尔说。“在另一个实验中，我们基本上显示了你是如何从一个片脚类动物制作一只等足类动物：你将一个叫做'腹部A'的基因从胸腔中移出来，这将使所有的行走腿相似并指向同一个方向。 “

帕特尔指出，在真正的进化过程中，基因通常不会被破坏或消除，而是经过调整，它们的表达在不同的区段中打开或关闭以获得不同的效果。帕特尔说：“如果不首先拿走基因来观察总体效应，我们甚至无法猜测只是在表达中移动的角色是什么。”“我们现在可以提出一个代码，指明在那里表达Hox基因的组合会产生什么样的肢体，我们正在进行新的实验来进一步测试这个代码。”