看不见的鱿鱼–头足类动物的第一个基因敲除

Doryteuthis pealeii，通常被称为伍兹霍尔乌贼。对D. pealeii的研究已导致神经生物学方面的重大进步，包括对神经传递的基本机制的描述。海洋生物实验室从国际水域中的当地水域收集百日草（D. pealeii），以供国际研究人员使用。

基因编辑方面的突破应使科学家能够回答生物学中的关键问题。

海洋生物实验室（MBL）的一个研究小组已经使用鱿鱼Doryteuthis pealeii在头足类中实现了第一个基因敲除，这是近一个世纪以来生物学上极为重要的研究生物。由MBL高级科学家Joshua Rosenthal和MBL Whitman科学家Karen Crawford领导的这一里程碑性研究在《近期生物学》（Current Biology）的最新一期中进行了报道。

该团队使用CRISPR-Cas9基因组编辑技术来敲除鱿鱼胚胎中的色素沉着基因，从而高效消除了眼睛和皮肤细胞（色素）中的色素沉着。

Rosenthal说：“这是敲除头足类基因以解决许多生物学问题的能力的关键的第一步。”

头足类（鱿鱼，章鱼和乌贼）拥有所有无脊椎动物中最大的大脑，能够瞬时伪装和复杂行为的分布式神经系统，独特的身体计划以及能够在信使RNA以及其他信息中广泛地重新编码自己的遗传信息的能力。特色鲜明。这些为研究提供了许多途径，并在从进化和发展到医学，机器人技术，材料科学和人工智能的广泛领域中得到应用。

龙鳍近海鱿鱼（Doryteuthis pealeii）的幼体。左侧是控制孵化；请注意，黑色和红棕色色谱均匀分布在其地幔，头部和触角上。相比之下，在第一个细胞切割之前，向右侧的胚胎注射靶向色素沉着基因（色氨酸2,3双加氧酶）的CRISPR-Cas9；它几乎没有色素色的色谱，浅粉红色到红色的眼睛。

敲除基因以测试其功能的能力是将头足类动物发展为生物学研究中可遗传控制的生物的重要步骤，从而增加了目前主导基因研究的少数物种，例如果蝇，斑马鱼和小鼠。

这也是朝着敲除有助于研究的基因的能力迈出的必要步骤，例如编码可以被成像以追踪神经活动或其他动态过程的荧光蛋白的基因。

“ CRISPR-Cas9在Doryteuthis中的表现非常好；它的效率令人惊讶。” Rosenthal说。更具挑战性的是将CRISPR-Cas系统递送到一个单细胞鱿鱼胚胎中，该鱿鱼胚胎被一个极其坚韧的外层所包围，然后通过孵化来饲养该胚胎。该团队开发了微型剪刀来夹住鸡蛋的表面，并用一个斜切的石英针将CRISPR-Cas9试剂通过夹子传送出去。

对Peryteuthis pealeii的研究导致了神经生物学的基础性进展，首先是对1950年代的动作潜能（神经冲动）的描述，这一发现使Alan Hodgkin和Andrew Huxley于1963年成为诺贝尔奖获得者。几十年来， D。 pealeii吸引了来自世界各地的神经生物学家前往MBL，该MBL从当地水域收集鱿鱼。

最近，Rosenthal及其同事发现了Doryteuthis和其他头足类动物神经系统中的mRNA大量编码。这项研究正在开发中，用于潜在的生物医学应用，例如疼痛治疗疗法。

D。然而，“ pealeii不是理想的物种，可以作为遗传研究有机体发展。它很大，占用了很多坦克空间，更重要的是，没有人能够在实验室中经过多代人的培养。

出于这些原因，MBL头足纲计划的下一个目标是将新的基因敲除技术转移到较小的头足类物种Euprymna berryi（蜂鸟短尾鱿鱼）中，该物种相对易于培养以产生基因菌株。

参考：Karen Crawford，Juan F.Diaz Quiroz，Kristen M.Koenig，Namarata Ahuja，Caroline B.Albertin和Joshua J.C. Rosenthal的“高效去除鱿鱼色素基因”，2020年7月30日，当前生物学。DOI：

MBL头足纲计划是MBL的新研究有机体计划的一部分，该计划正在扩大可用于研究的可遗传遗传处理的生物的范围-从而扩大了可以提出的生物学问题的范围。

第一作者Karen Crawford是马里兰州圣玛丽学院的生物学教授，也是MBL的夏季惠特曼中心研究员。

海洋生物实验室（MBL）致力于科学发现–探索基础生物学，了解海洋生物多样性和环境，并通过研究和教育告知人类状况。MBL于1888年在马萨诸塞州的伍兹霍尔（Woods Hole）成立，是一家私人非盈利性机构，也是芝加哥大学的附属机构。