國家研究中心卡洛斯三世(CNIC)的科學家開發(fā)出了生產(chǎn)和分析遺傳馬賽克的新方法。在這些馬賽克中，組織包含具有不同已知基因型的各種細胞群，允許研究這些基因型在細胞行為中產(chǎn)生的差異。新方法，今天發(fā)布在Cell，將允許任何研究人員在脊椎動物模型如小鼠和斑馬魚中誘導多光譜遺傳馬賽克。該技術將有助于在高度時空分辨率，發(fā)育和疾病期間促進對基因功能和相互作用的理解。基因編碼合成蛋白質(zhì)所需的信息，蛋白質(zhì)是我們細胞的功能構建模塊。研究基因功能的改進方法將使研究人員能夠“增加關于基因組如何在構成我們身體的多種細胞類型中運作并了解基因相互作用網(wǎng)絡及其監(jiān)管層次結構的知識。” 此外，這種知識對于設計有效的治療策略以修改或糾正疾病中的遺傳活動至關重要。

修改基因活性的能力從根本上改變了生物過程研究的方法。今天，大多數(shù)研究人員通過在器官或動物的全部或部分細胞中修改其活性 - 增加或消除它 - 來一次分析一個基因的功能。通過這種方法，通過分析單個遺傳修飾在器官或動物的發(fā)育，功能或疾病中產(chǎn)生的變化，獲得對基因功能的理解。

正如第一作者Rui Benedito所解釋的那樣，在使用誘導型遺傳馬賽克的實驗方法中，誘導的遺傳變化僅發(fā)生在生物體的某些細胞(突變細胞)中，而其他細胞則保持不變(正常細胞)。“使用誘導型遺傳馬賽克非常重要，因為它使我們能夠研究不同基因型細胞在同一環(huán)境中的表現(xiàn)，因此任何差異都可歸因于誘導的遺傳改變。” 這種研究基因功能的方法通常比使用經(jīng)典遺傳學更精確和更具信息性，其中生物體的所有細胞中的靶基因的修飾可以產(chǎn)生不能在時間上或空間上控制的二次改變并且可能扭曲解釋在研究過程中基因的功能。

由于在該生物體中易于進行有絲分裂重組，遺傳馬賽克已被廣泛用于果蠅中，并且徹底改變了基因功能和細胞生物學的研究。然而，迄今為止，在生物醫(yī)學研究中最常用的模式生物體中誘導和分析遺傳鑲嵌體在技術上更具挑戰(zhàn)性。

為了在小鼠中產(chǎn)生遺傳鑲嵌體，CNIC血管生成實驗室分子遺傳學的科學家開發(fā)了新的分子生物學和轉(zhuǎn)基因方法。這些方法允許在單個小鼠中同時誘導與可通過高分辨率多光譜顯微鏡檢測的不同熒光標記物的表達相關的多個鑲嵌基因修飾。

為了使這些新的遺傳工具可供其他研究小組使用，CNIC團隊首先開發(fā)了一種開源DNA工程策略，該策略極大地簡化了包含多個靶基因和熒光標記基因的大型復雜DNA構建體的產(chǎn)生。該團隊還開發(fā)了新的CRISPR / Cas9方法，將這些DNA分子引入胚胎干細胞或受精卵，簡化了轉(zhuǎn)基因小鼠馬賽克的快速可靠生成。

通過這些新的遺傳工具和轉(zhuǎn)基因小鼠，CNIC團隊能夠通過同時熒光顯微鏡研究多達15個顏色編碼的細胞群，研究多個基因在同一組織中的功能，每個細胞群表達獨特的基因組合。根據(jù)Rui Benedito的說法，“這項技術首次允許在同一只小鼠的不同細胞中誘導和分析多種遺傳馬賽克的組合。因為不同的細胞群體在同一組織中被誘導，并且可以同時成像，分析他們的行為如何不同可以提供精確的數(shù)據(jù)和對所研究基因功能的新見解。這種方法比已建立的遺傳分析程序具有真正的優(yōu)勢，需要比較不同組織或環(huán)境中存在的細胞，