中國科學(xué)家利用基因編輯技術(shù)獲得不同毛色的綿羊

中國科學(xué)家利用基因編輯技術(shù)成功改變了綿羊的顏色，這使得未來市場消費者將可能擁有更多未經(jīng)染色的彩色羊毛供選擇。

位于中國西北部新疆維吾爾族自治區(qū)首府烏魯木齊的研究人員利用一種特殊技術(shù)成功培育了五只不同顏色的綿羊，這項技術(shù)在科學(xué)界被稱為基因組編輯技術(shù)（CRISPRCas9），又稱基因組遺傳修飾技術(shù)。

記者在新疆畜牧科學(xué)院生物技術(shù)研究所設(shè)在烏魯木齊近郊的試驗基地看到了這五只正在嬉戲的細(xì)毛羊羊羔：其中兩只的毛色黑白相間，像奶牛一樣；還有兩只是黑色但是頭頂長著白色斑點，就像兩只斑點狗；另外一只則是棕色和白色的條紋狀，就像未經(jīng)攪拌的卡布奇諾咖啡。

“這些2016年3月出生的綿羊已經(jīng)成了課題組的‘萌寵。”課題組組長劉明軍說。

據(jù)劉明軍透露，這是國際上首次成功利用基因組編輯技術(shù)改變大動物的毛色。據(jù)了解，以往國外進行的相關(guān)實驗對象是老鼠，而非大動物。

羊毛顏色是綿羊的一項重要經(jīng)濟性狀，它不僅是品種特征的標(biāo)志，還與適應(yīng)性、抗病性以及生長發(fā)育相關(guān)。同時，毛色還與人們的消費習(xí)慣、生活習(xí)俗和個人喜好密切相關(guān)，在綿羊育種上，被作為最重要的選育性狀之一。

未來通過基因組編輯技術(shù)，消費者可能將擁有更多羊毛制品的顏色選擇，無需染色，而寵物愛好者甚至可以定制自己寵物的毛色。

CRISPR基因編輯技術(shù)，是成簇的、規(guī)律間隔的短回文重復(fù)序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeat）的縮寫，曾被美國《科學(xué)》雜志評為2015年度十大科學(xué)進展的榜首。這項技術(shù)相當(dāng)于分子結(jié)構(gòu)的剪刀，將DNA中不想要的部分剪下，替換成想要的部分，取得基因編輯的效果。Cas9則是一種與基因編輯相關(guān)的核酸酶蛋白，實現(xiàn)基因編輯過程中剪切DNA的效果。

“我們課題組選擇了影響綿羊毛色的一個關(guān)鍵基因（ASIP基因）進行修飾改造，通過基因編輯，在不改變其他羊毛品質(zhì)的基礎(chǔ)上培育出能夠產(chǎn)生不同色彩羊毛的細(xì)毛羊。”

劉明軍說：“這五只不同毛色的細(xì)毛羊源于三種基因編輯形式，三種編輯形式分別對應(yīng)三種不同的毛色圖案。”

在傳統(tǒng)的動物培育方式中，動物遺傳學(xué)家一直致力于發(fā)現(xiàn)和利用決定性狀表現(xiàn)的基因突變，通過遺傳選擇或雜交改良，保留和固定有益突變，剔除有害突變，這是經(jīng)典的傳統(tǒng)遺傳育種手段，目前絕大多數(shù)家養(yǎng)動物都是以這種方式馴化或培育出來的。不過這種傳統(tǒng)的培育方式時間長、效果慢，有些品種的培育完成甚至要經(jīng)歷幾十年到上百年的培育過程。

毛色遺傳屬多基因控制，且在遺傳上具有顯隱性表現(xiàn)，常規(guī)育種手段選育并固定一種毛色常常要經(jīng)歷幾個世代的時間。周期長、難度大，被認(rèn)為是遺傳育種的主要難點之一。

“但通過基因組編輯技術(shù)，我們可以解決這個問題。”劉明軍介紹說：“該技術(shù)能夠讓人類在生物基因組的任何位置對基因進行剪切、修飾和改造，從而根據(jù)我們的需要來改變生物的各種性狀表現(xiàn)。”

與常規(guī)的“轉(zhuǎn)基因技術(shù)”不同，用于基因組編輯的小核苷酸分子和蛋白酶基因均為RNA或蛋白質(zhì)，在完成剪切任務(wù)后很快被細(xì)胞中的消化酶破壞降解，不會進入動物染色體，也不會在動物染色體上添加任何其他的遺傳物質(zhì)，不會產(chǎn)生常規(guī)轉(zhuǎn)基因技術(shù)所擔(dān)憂的生物安全問題，因此被認(rèn)為是目前最安全的基因操作技術(shù)。

“這項技術(shù)在綿羊這樣的大動物身上的成功應(yīng)用，意味著今后將有更多具有不同優(yōu)良性狀的經(jīng)過基因編輯的家畜新品種誕生，當(dāng)然，這不僅限于改變毛色，也不僅限于家畜。”劉明軍說。

2014年，劉明軍和他領(lǐng)導(dǎo)的課題組還選擇了影響綿羊肌肉和羊毛生長發(fā)育的基因進行基因組編輯，在2015年獲得了首批38只發(fā)生了基因編輯的綿羊個體。截至目前，經(jīng)過一年的觀測，基因編輯綿羊在肌肉和羊毛生長速度上都顯著高于對照組綿羊。“今年秋季它們將正常配種繁殖，我們會進一步觀察它們在下一代中的遺傳穩(wěn)定性。”劉明軍說。