gpr98基因突变与多种疾病相关, 该基因在人类和斑马鱼中高度保守。建立斑马鱼gpr98 基因突变体稳定系, 可为阐释 gpr98基因功能提供良好的动物模型和研究基础。本文利用CRISPR/Cas9基因敲除技术在斑马鱼gpr98基因2号外显子上选取两个相距42 bp的靶位点, 分别体外合成sgRNA, 并与Cas9 mRNA一起共注射至斑马鱼胚胎单细胞期的胚胎内。随机挑选发育72 h胚胎提取基因组DNA进行PCR分析, 结果表明: 除了有野生型DNA带外, 部分胚胎有一条比野生型DNA小的带; 进一步将F0代阳性个体与野生型的斑马鱼杂交, 对杂交后代进行基因型分析, 并成功筛选到缺失48 bp(Δ48 bp)的稳定遗传突变的gpr98基因敲除斑马鱼模型。该试验模型的构建为研究gpr98基因在心血管以及骨骼等组织器官的发育及相关疾病发生中的作用奠定了重要基础。

为了在动物体内研究Fbxl5基因是通过什么机制导致斑马鱼心脏出现突变表型, 本文利用近几年兴起的CRISPR/Cas9打靶技术建立斑马鱼Fbxl5基因敲除品系。本文将打靶位点定位于Fbxl5的F-box结构域, 也就是Fbxl5的第五号外显子上。首先经过基因打靶网站分析筛选出针对Fbxl5基因F-box结构域最适合的打靶位点, 扩增出Fbxl5基因CRISPR/Cas9打靶双链DNA, 并转录为RNA, 与Hcas9共注射至斑马鱼胚胎。最后, 在注射48 h后对Fbxl5基因CRISPR/Cas9打靶的有效性进行检测。首先在注射48 h之后收集胚胎提取基因组DNA, 用特异性引物进行PCR扩增; 将纯化后的Fbxl5基因PCR产物连接到pMD18-T载体, 再经质粒提取, 测序分析, 通过与WT斑马鱼基因组序列进行比对发现Fbxl5-9号在PAM序列AGG下游缺失了4个碱基。证明该CRISPR/Cas9 系统在敲除心脏发育候选基因Fbxl5是有效的, 该研究为最终获得Fbxl5基因敲除斑马鱼奠定了良好的基础。

TALEN(transcription activator-like effector nuclease)打靶是一种定向敲除基因技术, 利用该技术能解决目前在斑马鱼体内难以进行基因敲除的难题。Klhl31是本实验室鉴定的人类心脏发育候选基因, 且目前国内外尚无斑马鱼Klhl31敲除品系。为了在斑马鱼的整体水平鉴定Klhl31的生物学功能, 我们利用TALEN打靶技术建立斑马鱼Klhl31基因敲除品系。酶切验证的结果显示, 注射了TALEN表达质粒的胚胎在酶切位点处发生了基因突变, 该突变破坏了酶切位点导致酶切出现阳性结果, 证明了TALEN打靶的有效性。对F0代突变体成鱼的筛选过程中, 经酶切验证, 同样出现了阳性结果。这些结果说明用TALEN这种技术成功敲除了斑马鱼Klhl31基因, 获得了Klhl31基因敲除的嵌合体斑马鱼。

Mesp1属于bHLH转录因子家族, 对早期心脏中胚层的形成十分重要。为研究Mesp1在心脏发育过程中的功能, 本文构建了可诱导表达Mesp1的慢病毒载体, 转染进P19细胞, 经嘌呤霉素筛选并扩大培养后, 成功建立起经强力霉素诱导后可稳定过表达Mesp1基因的细胞系P19-Mesp1, 为研究Mesp1心脏发育相关功能提供有用的细胞研究模型。

Kruppel在果蝇发育过程中起着重要的调控作用。为了进一步研究Kruppel的功能, 需要制备Kruppel蛋白及其抗体.对已有的Kruppel序列进行分析, 选取适当区域进行引物设计, 从果蝇心脏cDNA文库中PCR扩增得到Kruppel部分编码区序列, 并其连接到pET-28a载体上。将重组质粒(pET-28a-Kruppel)转化rosetta受体菌, 通过IPTG(Isopropyl β-D-thiogalactoside)诱导表达融合蛋白, 用镍柱进行亲和纯化。将纯化得到的融合蛋白免疫新西兰大白兔制备多克隆抗体, 并用Western blot检测抗体的效价。

lbe是已经证明的心脏标记基因。为了深入研究lbe在心脏发育中的功能, 需要获得lbe蛋白并制备其抗体。首先提取野生型成体果蝇的总RNA, 反转录获得其cDNA文库, 通过PCR克隆出lbe编码区序列, 将其连接到pET-28a原核表达载体上。经酶切及测序鉴定后, 质粒构建成功。将重组质粒(pET-28a-lbe)转化大肠杆菌菌株Rosseta,用IPTG诱导表达出融合蛋白, 经Ni-IDA凝胶柱纯化后, 最后将纯化的融合蛋白免疫新西兰大白兔制备lbe多克隆抗体,并用Western blotting检测抗体的效价和特异性。结果显示获得了lbe原核表达重组融合蛋白及高效价的特异性兔抗lbe多克隆抗体, 为lbe功能的进一步研究奠定了基础。

odd是一个新发现的心脏特异表达基因。为了进一步研究odd在心脏发育中的功能, 根据已报道的odd基因序列, 以果蝇cDNA文库为模板进行PCR扩增, 将所得的odd部分编码区序列连接到pET-28a载体上构建原核表达载体; 重组子经酶切测序鉴定后, 转化到大肠杆菌BL21菌株, IPTG诱导融合蛋白表达, Ni-IDA凝胶柱亲和纯化, 纯化后的His-odd融合蛋白免疫新西兰大白兔以制备多克隆抗体, Western Blot检测抗体活性。结果表明, 获得了odd原核表达重组融合蛋白以及高效价的、特异性兔抗Odd多克隆抗体, 为后续的odd功能研究奠定了基础。

CXXC5基因是从人类胚胎心脏的cDNA文库中克隆出来的一个人类锌指基因, 包含zf-CXXC5结构域, 该基因编码322个氨基酸, 在物种进化上高度保守。为了进一步研究该基因的功能, 需要获得CXXC5蛋白并制备其抗体.通过PCR扩增方法扩增得到了CXXC5部分编码区序列, 然后将其连接到PGEX-4T-1 上, 转化到大肠杆菌BL21 (DE3)中, 再通过自身诱导法诱导表达重组质粒的融合蛋白. 通过割胶回收纯化融合蛋白。免疫新西兰大白兔制备多克隆抗体, Western blot 检测抗体活性。结果表明, 实验获得了高质量的多克隆抗体。

斑马鱼心脏发育模型中Nodal编码转录因子调节心脏的左右不对称发育, 为了进一步研究Nodal信号途径在心脏发育中的调控作用和心脏疾病发生的分子机制, 需要获得斑马鱼Nodal蛋白并制备其抗体。采用从斑马鱼心脏组织中提取RNA, 通过反转录得到心脏组织各种表达基因的cDNA为模板, PCR扩增得到Nodal部分编码区序列,然后将其连接到pET-28a载体上获得原核表达。经酶切及测序鉴定后, 转化Rosseta细菌, 并用IPTG诱导表达融合蛋白, Ni-IDA凝胶柱亲和纯化, 将纯化的融合蛋白免疫新西兰大白兔制备多克隆抗体, 并用Western blotting检测抗体。获得了Nodal原核表达重组融合蛋白及高效价的特异性兔抗Nodal多克隆抗体, 为Nodal功能的进一步研究奠定了基础。

Lefty蛋白是TGFβ大家族的配体, 通过与Nodal以及Nodal的受体结合而抑制Nodal信号转导。本文采用PCR技术扩增出斑马鱼lefty1基因(z-lefty1)的部分编码区, 将其插入到pGEX-4T-1原核表达载体中。所构建的重组质粒(pGEX/z-Lefty1) 转化入BL21大肠杆菌, 通过IPTG诱导表达GST-z-Lefty1融合蛋白。蛋白经尿素洗涤分离后用于免疫新西兰大白兔以制备多克隆抗体。Western blotting检测结果表明获得了高效价的特异性兔抗z-Lefty1多克隆抗体。这为进一步研究斑马鱼心脏发育的分子机制创造了条件。