中國科學家Nature子刊發布CRISPR／Cas9基因編輯新成果

　　來自中科院昆明動物研究所、華大基因研究院和芝加哥大學等機構的研究人員稱，他們構建出了兩種蝴蝶的高質量參考基因組，并利用CRISPR/Cas9技術對蝴蝶進行了基因編輯。相關研究成果發布在9月10日的《自然通訊》（Nature Communications）雜志上。

　　中科院昆明動物研究所的王文（Wen Wang）研究員及芝加哥大學的Marcus R. Kronforst是這篇文章的共同通訊作者。王文研究員長期來一直致力于自然選擇和人工選擇下新遺傳結構及其功能起源進化機制的研究。在 Science、Nature Genetics、Nature Review Genetics、Nature Biotechnology、Nature等重要學術雜志上發表多篇論文。

　　蝴蝶以翼模式異常多樣化而著稱，不僅在物種之間而且種群、性別、甚至季節間都存在差異。翼模式之所以非常多變，是因為它們具有多種功能，與從保護色 到警戒色、擬態、溫度調節和擇偶等作用有關。除了翼模式，從行為、生物地理學到細胞生物學和生物化學，蝴蝶生物學幾乎所有方面都很多樣化。這些特點使得蝴 蝶成為了一個探索遺傳學、進化和形態多樣化及物種形成的一個有前景的系統。

　　盡管就自然變異和生態學方面來說蝴蝶有著顯著的優勢，但在確定生物表型的遺傳基礎特征上它們也有著一些明顯的缺點，尤其是難于破譯雜合基因組以及缺 乏功能遺傳學方法。例如，蝴蝶物種據估計有18,000種，當前只有6個蝴蝶基因組序列。如果能夠獲得來自密切相關物種的其他高質量基因組，將可以全面追 蹤隨進化時間推移導致表型變化的遺傳改變。包括蝴蝶在內的大多數野生昆蟲都具有高度雜合性，由此阻礙了獲得高質量的參考基因。

　　此外，高效、精確的遺傳操控技術對于模式生物至關重要。而一直以來都無人報道全面及有效地遺傳操控蝴蝶，加之基因組資源有限，大大限制了其作為模式生物的 應用。唯一一例對蝴蝶進行基因組編輯的報道是在帝王蝶中使用鋅指核酸酶。近年來，基于Cas的RNA引導DNA內切核酸酶如釀膿鏈球菌Cas9核酸酶 (CRISPR/Cas9)成為了適用于在廣泛生物體，包括果蠅和家蠶一類的昆蟲中進行基因編輯的一種有效工具。

　　在這篇文章中研究人員報告稱，采用一種混合組裝（hybrid assembly）方法，構建出了柑橘鳳蝶（Papilio xuthus）和金鳳蝶 （Papilio machaon）的高質量參考基因組，這些高度雜合的物種在宿主植物相互關系、成體和幼蟲顏色模式方面均有差異。結合比較基因組學及分析基因表達生成對于 蝴蝶進化的許多見解，包括一些特異基因在近期多樣化中的潛在作用。為了測試這些基因的功能，他們還開發出一種高效（效率高達92.5%）的 CRISPR/Cas9基因組編輯方法，在柑橘鳳蝶中誘導出了三個基因Abdominal-B、ebony和frizzled的形態突變體。

　　新研究為蝴蝶提供了有價值的的基因組和技術資源，并挖掘了它們作為遺傳模式系統的潛力。