MOET-assisted CRISPR/Cas9-mediated MSTN genome editing in caprine embryos by electroporation and embryo transfer
本研究展示了通过将MOET与CRISPR/Cas9 RNP电穿孔技术相结合，成功实现了对山羊胚胎中MSTN基因的靶向编辑，并最终诞生了基因切割经证实的胎儿。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
在畜牧业领域，长期以来的目标是改良那些为数百万人提供食物和生计的动物。几十年来，农民和科学家一直依赖于选择性育种，等待自然界产生具有更优性状的动物，或者利用繁殖技术来增加表现最佳个体的后代。然而，这个过程缓慢且受限于现有种群中的遗传多样性。一种被称为基因组编辑的新型工具，提供了一种对动物遗传密码进行精确修改的方法，能够比传统方法更快地引入理想的性状。一个特定的基因——其作用类似于肌肉生长的天然制动器——已成为这项技术的主要目标。当这个“制动器”被松开或移除时，动物会发育出更多的肌肉，而这正是肉类生产中极具价值的特性。挑战在于，如何在不伤害脆弱胚胎的情况下，将编辑工具递送到生命的早期阶段，这一任务需要精准度与温柔度的平衡。
印度中央山羊研究所在解决这一挑战方面迈出了重要一步，他们结合了两种成熟的技术：一种是同时收集多个胚胎的方法，以及一种无需侵入性手术即可将遗传工具递送到其中的方法。研究人员将重点放在了肌球蛋白（myostatin）基因上，这是限制山羊肌肉大小的天然调节因子。他们的目标是观察是否可以在受精后的瞬间，通过一种像剪刀一样能在特定位置切割DNA的分子工具，暂时使该基因失活。为此，他们使用了一种称为电穿孔的技术，即通过短暂、受控的电脉冲来打开细胞膜上的微小、临时孔洞，从而让编辑工具滑入细胞内部。这种方法避免了需要用针头逐一注射每个胚胎的需求，而处理大量胚胎时，这一过程既困难又耗时。
研究始于八只经过激素处理以同时产生多个卵子的雌性山羊，这一过程被称为超数排卵。研究人员通过一种微创手术法从这些动物体内收集了七十八个受精卵，即推定合子。随后，这些微小的胚胎被置于含有遗传编辑工具的溶液中，这些工具由一种蛋白质和一个旨在寻找肌球蛋白基因的引导分子组成。该组胚胎接受了三次短促的电脉冲处理，每次持续三毫秒，以帮助工具进入细胞。电处理结束后，胚胎被送回温暖、受控的环境中生长。令人瞩目的是，所有七十八个胚胎在培养过程中都发育到了桑葚胚阶段，其中两个进一步发育成了囊胚，即更高级的发育阶段。
为了验证编辑是否确实奏效，科学家们检查了四个处于桑葚胚阶段的胚胎。他们提取了这些细胞中的遗传物质，并寻找基因被切割并以错误方式修复的迹象，这也是使基因失活的方式。分析显示，四分之一中的三个胚胎，即百分之七十五，携带了预期的遗传变化。这证实了电学方法成功递送了编辑工具，并且这些工具在发育中的细胞内正常发挥了作用。研究人员随后进入下一个关键阶段：观察这些编辑过的胚胎能否在母羊体内发育成长为胎儿。他们选择了四个已达到四细胞阶段的胚胎，并将它们移植到一只已完成同步化准备怀孕的雌性山羊体内。
移植非常成功。受体山羊怀孕了，超声波扫描确认了存在有心跳的健康胎儿。遗憾的是，母羊在妊娠第五十七天死于肺炎，远未达到足月。然而，研究人员从子宫内回收了两个完整的胎儿。这两个胎儿在形状和大小上看起来都很正常，没有明显的发育问题，这表明编辑过程并未损害其生长。团队随后测试了这两个胎儿耳部的遗传物质，以查看肌球蛋白基因是否已被编辑。结果显示，其中一个胎儿（雄性）携带了遗传修饰，而另一个（雌性）则没有。这一结果凸显了即使胚胎接受相同的处理，编辑也可能发生于某些个体而非其他个体，这是此类科学领域中已知的一种变异。
这项工作证明，可以将从供体处收集多个胚胎与非侵入性的电学递送方法相结合，来编辑山羊的基因组。研究证明，胚胎能够经受住电脉冲，在实验室中继续发育，并能成功植入受体并生长为胎儿。虽然编辑并非在每一个案例中都取得成功，但由于在早期实验室培育的胚胎以及在母体中发育的胎儿中都检测到了遗传修饰，这表明该方法是可行的。研究人员建立了一套将从珍贵供体中回收胚胎、应用基因组编辑以及将这些胚胎转移至代孕母羊的过程相联系的工作流。这一综合平台为未来创造具有增强肌肉生长特性的山羊奠定了基础，提供了比单纯传统育种更高效的改良畜禽性状的路径。
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