Nature头条：基因编辑技术开启新篇章

　　

生物通报道  斑马鱼是脊椎动物生物学和人类疾病研究的一个重要的参与者。其胚胎透明、体外受精、短繁殖周期和快速生长等特点意味着可对活体动物开展紧密地胚胎发育研究，斑马鱼可作为研究基因行为和功能的一种有用模型。

现在来自梅奥医学中心（Mayo Clinic）的分子生物学家Stephen Ekker领导研究人员第一次利用人工酶切割一段基因序列中的部分DNA，并用合成DNA取代它们，对斑马鱼基因组部分序列进行了定制修改。这项工作发表在9月23日的《自然》（Nature）杂志上。

研究人员以往曾利用称作锌指核酸酶（ZFNs）的酶或称作morpholino的基因调控分子来编辑活体动物基因组的靶向部分。斑马鱼DNA一直是用ZFNs或转录激活因子样效应物核酸酶（transcription activator-like effector nucleases ，TALENs）在靶向位点通过故意突变来进行修改。TALENs也被用于培养物中进行靶向基因组编辑。在新研究中，Ekker和他的同事们是首次利用人工TALENs在活体斑马鱼幼虫中进行基因组编辑。

相比ZFNs和 morpholinos，TALENs具有几个优势：它们更便宜、更有效，尤其是以一种开发活性形式应用时。ZFNs只能靶向特异序列，而TALENs有潜力对任何的DNA序列起作用。Morpholinos的效应是短暂的，而TALENs可造成永久性的改变。研究小组发现在某些情况下，它们还允许对诱导突变进行更快速的分析，有可能在注射幼虫中即刻观察效应。

生命模式

Ekker和同事们插入到斑马鱼DNA中的一段序列可以使基因开启和关闭。这使得研究人员能够在早期发育过程中通过即刻开启突变，或在生命晚期斑马鱼达到成熟时开启突变来检测一个基因的效应。因为带有影响发育的刻意突变基因的斑马鱼通常无法存活到成年，因此通常不大可能在生命晚期才来检测基因改变的效应。

伦敦大学学院从事斑马鱼研究的发育生物学家Jason Rihel说：“这项工作为利用斑马鱼开展大量重要的实验开启了可能性。这种直接重写天然遗传序列的能力使得我们能够精确控制改良复杂疾病斑马鱼模型所需的基因。这样的模型可用于标记特异脑神经元的行为功能，或梳理协调脊椎动物发育的信号网络。”

Ekker说TALENs技术也将在其他生物体中获得应用。“尽管我们侧重于斑马鱼，在包括大鼠、小鼠、果蝇和线虫的其他模式系统利用这一相同的技术也具有重要的意义，”他说。利用诸如小鼠等物种开展研究依赖于体外的干细胞改良，随后将其培育成一个完整的突变成体，单这种方法不能够用于在人类中治疗疾病。

相比之下，Rihel看到了TALEN技术在人类中的潜能。“例如为了实现我头脑中蹦跶出来的一个异想天开的想法，我们有可能会利用靶向DNA编辑在视网膜中修复人类失明基因。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

In vivo genome editing using a high-efficiency TALEN system

The zebrafish (Danio rerio) is increasingly being used to study basic vertebrate biology and human disease with a rich array of in vivo genetic and molecular tools. However, the inability to readily modify the genome in a targeted fashion has been a bottleneck in the field. Here we show that improvements in artificial transcription activator-like effector nucleases (TALENs) provide a powerful new approach for targeted zebrafish genome editing and functional genomic applications1, 2, 3, 4, 5. Using the GoldyTALEN modified scaffold and zebrafish delivery system, we show that this enhanced TALEN toolkit has a high efficiency in inducing locus-specific DNA breaks in somatic and germline tissues. At some loci, this efficacy approaches 100%, including biallelic conversion in somatic tissues that mimics phenotypes seen using morpholino-based targeted gene knockdowns6. With this updated TALEN system, we successfully used single-stranded DNA oligonucleotides to precisely modify sequences at predefined locations in the zebrafish genome through homology-directed repair, including the introduction of a custom-designed EcoRV site and a modified loxP (mloxP) sequence into somatic tissue in vivo. We further show successful germline transmission of both EcoRV and mloxP engineered chromosomes. This combined approach offers the potential to model genetic variation as well as to generate targeted conditional alleles.