中国科学家Nature子刊发布CRISPR/Cas9基因编辑新成果

　　

生物通报道  来自中科院昆明动物研究所、华大基因研究院和芝加哥大学等机构的研究人员称，他们构建出了两种蝴蝶的高质量参考基因组，并利用CRISPR/Cas9技术对蝴蝶进行了基因编辑。相关研究成果发布在9月10日的《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。

中科院昆明动物研究所的王文（Wen Wang）研究员及芝加哥大学的Marcus R. Kronforst是这篇文章的共同通讯作者。王文研究员长期来一直致力于自然选择和人工选择下新遗传结构及其功能起源进化机制的研究。在Science、Nature Genetics、Nature Review Genetics、Nature Biotechnology、Nature等重要学术杂志上发表多篇论文。

蝴蝶以翼模式异常多样化而著称，不仅在物种之间而且种群、性别、甚至季节间都存在差异。翼模式之所以非常多变，是因为它们具有多种功能，与从保护色到警戒色、拟态、温度调节和择偶等作用有关。除了翼模式，从行为、生物地理学到细胞生物学和生物化学，蝴蝶生物学几乎所有方面都很多样化。这些特点使得蝴蝶成为了一个探索遗传学、进化和形态多样化及物种形成的一个有前景的系统。

尽管就自然变异和生态学方面来说蝴蝶有着显著的优势，但在确定生物表型的遗传基础特征上它们也有着一些明显的缺点，尤其是难于破译杂合基因组以及缺乏功能遗传学方法。例如，蝴蝶物种据估计有18,000种，当前只有6个蝴蝶基因组序列。如果能够获得来自密切相关物种的其他高质量基因组，将可以全面追踪随进化时间推移导致表型变化的遗传改变。包括蝴蝶在内的大多数野生昆虫都具有高度杂合性，由此阻碍了获得高质量的参考基因。

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此外，高效、精确的遗传操控技术对于模式生物至关重要。而一直以来都无人报道全面及有效地遗传操控蝴蝶，加之基因组资源有限，大大限制了其作为模式生物的应用。唯一一例对蝴蝶进行基因组编辑的报道是在帝王蝶中使用锌指核酸酶。近年来，基于Cas的RNA引导DNA内切核酸酶如酿脓链球菌Cas9核酸酶(CRISPR/Cas9)成为了适用于在广泛生物体，包括果蝇和家蚕一类的昆虫中进行基因编辑的一种有效工具（延伸阅读：Cell子刊突破：用CRISPR来控制基因激活的新策略）。

在这篇文章中研究人员报告称，采用一种混合组装（hybrid assembly）方法，构建出了柑橘凤蝶（Papilio xuthus）和金凤蝶 （Papilio machaon）的高质量参考基因组，这些高度杂合的物种在宿主植物相互关系、成体和幼虫颜色模式方面均有差异。结合比较基因组学及分析基因表达生成对于蝴蝶进化的许多见解，包括一些特异基因在近期多样化中的潜在作用。为了测试这些基因的功能，他们还开发出一种高效（效率高达92.5%）的CRISPR/Cas9基因组编辑方法，在柑橘凤蝶中诱导出了三个基因Abdominal-B、ebony和frizzled的形态突变体。

新研究为蝴蝶提供了有价值的的基因组和技术资源，并挖掘了它们作为遗传模式系统的潜力。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Outbred genome sequencing and CRISPR/Cas9 gene editing in butterflies

utterflies are exceptionally diverse but their potential as an experimental system has been limited by the difficulty of deciphering heterozygous genomes and a lack of genetic manipulation technology. Here we use a hybrid assembly approach to construct high-quality reference genomes for Papilio xuthus (contig and scaffold N50: 492 kb, 3.4 Mb) and Papilio machaon (contig and scaffold N50: 81 kb, 1.15 Mb), highly heterozygous species that differ in host plant affiliations, and adult and larval colour patterns. Integrating comparative genomics and analyses of gene expression yields multiple insights into butterfly evolution, including potential roles of specific genes in recent diversification. To functionally test gene function, we develop an efficient (up to 92.5%) CRISPR/Cas9 gene editing method that yields obvious phenotypes with three genes, Abdominal-B, ebony and frizzled. Our results provide valuable genomic and technological resources for butterflies and unlock their potential as a genetic model system.

作者简介：

王文

博士生导师，现为中国科学院昆明动物所研究员，中德马普进化基因组学青年科学家小组组长，遗传资源与进化国家重点实验室学术委员会副主任。

1989年毕业于武汉大学生物系, 获学士学位。1992年在已故动物遗传学家施立明院士指导下在中国科学院昆明动物研究所获得硕士学位。1995年10月-1996年6月在美国哥伦比亚大学作访问学者。1996年在施立明和吴鹤龄教授指导下在昆明动物研究所获得博士学位。1997年8月至2002年7月美国芝加哥大学生态与进化学系博士后暨研究助理。

2004年获得国家杰出青年基金。2004年“新世纪百千万人才工程国家级首批入选者”。2005年获得国家基金委重点项目资助。2007年作为首席科学家获得了“973”项目的支持。2008年获得“中国科学院****”、“中国科学院王宽诚西部学者突出贡献奖”和“谈家桢生命科学创新奖”。 作为第一完成人于2012年和2010年分别获得国家自然科学奖二等奖和云南省自然科学一等奖。是云南省科技领军人才培养计划的第一批入选者。长期来一直致力于自然选择和人工选择下新遗传结构（genetic novelties）及其功能起源进化机制的研究。目前已经分别在Science、Nature Genetics、Nature Review Genetics、Nature Biotechnology、Nature、PNAS、Genome Research、Plant Cell、PLoS Genetics、Trends in Genetics、Genome Biology、Molecular Biology and Evolution、Genetics等重要学术杂志上发表多篇论文。