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我院宋成义教授团队挖掘出斑马鱼天然高活性DNA转座子ZB并开发其为脊椎动物遗传分析工具

2021226日,我院宋成义教授团队在国际著名学术期刊《Nucleic Acids ResearchIF=11.502上发表题为“A native, highly active Tc1/mariner transposon from zebrafish (ZB) offers an efficient genetic manipulation tool for vertebrates”的研究论文。首次通过生物信息学方法在斑马鱼基因组中挖掘到一个天然高活性DNA转座子,命名为ZB(来自zebrafish),研究表明ZB转座子是近期侵入斑马鱼基因组,属于Tc1/mariner超家族成员,其结构与SB转座子相似(图1),其转座活性与在转基因和基因治疗研究中广泛应用的PBSB高活性转座子相近,在基因组上稍偏好插入基因调控区。研究证实ZB能够高效介导制备斑马鱼突变体,应用于增强子捕获等功能基因组学研究,其介导的增强子捕获效率在斑马鱼上达56%,与目前在斑马鱼上应用广泛的Tol2转座子相近(图2)。同时成功构建了ZB转座子介导的小鼠精子突变体库,其后代重新转座率达13.9%,高于SBPB转座子(约10%)。

DNA转座子是一类可在基因组上自由移动的遗传元件,其位置移动又称为转座,最初由Barbara McClintock在玉米上发现,现已知广泛分布于原核和真核生物基因组。DNA转座子主要以DNADNA的形式进行转座,其中经典的剪切-粘贴机制主要通过转座子自身编码的转座酶将转座子从原位置切割出来,再插入新位点。由于操作简单,该类转座子已被开发成遗传分析工具用于转基因和基因功能研究。目前,至少10种转座子被开发用于真核生物转基因研究,其中Sleeping Beauty (SB), piggyBac (PB) Tol2三种转座子,已广泛应用于脊椎动物斑马鱼、爪蟾及小鼠,在转基因和突变体制备上发挥重要作用。由于转座子活性和插入位点偏好性在不同物种及不同组织细胞存在显著差异,提示开发多种转座子系统有利于不同物种的遗传分析研究。

新挖掘的ZB是一种高效的遗传分析工具,能够应用于小鼠、斑马鱼等模式生物突变体制备、增强子捕获等功能基因组学和转基因研究,并有望成为一种新型载体系统用于人类基因治疗。ZB转座子系统介导的基因转移方法获得国家发明专利授权(一种ZB转座子系统介导的基因转移方法,专利号:ZL201510429987.3,201957日授权,发明人:高波、沈丹、宋成义、钱跃、薛松磊、王赛赛,专利权人:扬州大学)

此论文由扬州大学动科学院博士生沈丹和宋成义教授为共同第一作者,高波副教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金面上项目(31671313,高波为项目负责人)和江苏省优势学科等经费资助。


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