adgrf3a基因编码的ADGRF3A蛋白是黏附类G蛋白偶联受体(aGPCRs)家族的一员, 主要在受精后5 d的胚胎以及成年斑马鱼的头部和性腺中表达。它含有一个GPS蛋白水解位点和7个跨膜结构域, 与G蛋白相互作用行使其功能。斑马鱼是研究早期发育和成体内生理和病理的重要模式生物。为了研究adgrf3a在斑马鱼早期发育中的作用, 我们利用CRISPR-Cas9技术构建了adgrf3a基因敲除斑马鱼品系。首先, 通过分析软件筛选出该基因的敲除位点, 利用聚合酶链式反应扩增该基因的向导DNA(sgDNA), 再以sgDNA为模板进行体外转录得到向导RNA(sgRNA)并纯化回收, 将纯化后的sgRNA和Cas9蛋白共同注射到斑马鱼1细胞期胚胎中, 得到F0代嵌合体。随后, 对斑马鱼胚胎进行基因编辑的有效性检测, 结果表明, 注射的胚胎出现了碱基缺失的现象, 即sgRNA有效, 将剩余胚胎培养至成鱼。将嵌合体与野生型斑马鱼杂交所得的F1代斑马鱼进行基因型鉴定, 筛选adgrf3a突变杂合子, 并对其adgrf3a突变位点进行Sanger测序, 建立能够稳定遗传的adgrf3a基因杂合突变品系。之后, adgrf3a突变杂合子斑马鱼自交, 获得adgrf3a纯合子突变斑马鱼。体视显微镜观察其成像发现, adgrf3a突变纯合子斑马鱼与野生型整体上未出现明显差异, 然而, 体内组织与器官的发育是否发生变化需要进一步验证。该基因敲除品系的建立为研究adgrf3a在早期发育及病理过程中的作用奠定了基础。

WBP11是 WW结构域结合蛋白家族的一员, 参与前体 mRNA剪接过程, 是重要的剪接因子。斑马鱼作为重要的模式生物之一, 其基因组中含有人类 WBP11的同源基因 wbp11。为了研究 WBP11在脊椎动物早期发育过程中的作用机制, 利用 CRISPR/Cas9技术构建了斑马鱼 wbp11基因敲除品系。首先, 在 wbp11基因的第二个外显子上设计基因敲除靶位点, 体外转录合成 sgRNA, 通过显微注射技术对斑马鱼进行基因敲除, 得到 F0代嵌合体斑马鱼。随后, 将嵌合体斑马鱼与野生型斑马鱼杂交, 所得到的 F1代斑马鱼进行基因型鉴定, 筛选出其中的杂合子斑马鱼, 并对杂合子斑马鱼的缺失条带进行测序, 结果显示其为 wbp11基因的 2种缺失突变。让同种突变的 F1代杂合子斑马鱼自交, 对得到的后代 F2进行基因型鉴定, 筛选获得了纯合子斑马鱼, 表明 wbp11基因敲除品系构建成功。经显微镜白光成像观察发现, 受精后 48 h的斑马鱼出现心包水肿、心脏线性化、骨骼弯曲畸形, 这可能是由于 wbp11基因突变引起剪接机制异常所导致的。此研究为探究 WBP11基因在脊椎动物的早期发育中的作用机制开辟了道路

GPR112蛋白作为黏附类G蛋白偶联受体(aGPCRs)家族的一员，由GPR112基因编码。它含有7个跨膜结构域，与G蛋白相互作用行使其功能。斑马鱼作为研究脊椎动物发育的重要模式生物，其基因组中含有GPR112的同源基因gpr112a，且在幼鱼和成鱼中均有表达。为了研究GPR112在脊椎动物生存和发育中的作用，利用CRISPR-Cas9技术构建了gpr112a基因敲除斑马鱼品系。首先，合成用于靶向gpr112a基因第二外显子的一对sgRNAs，经显微注射得到F0代嵌合体斑马鱼。然后，对嵌合体与野生型斑马鱼杂交所得的F1代斑马鱼进行基因型鉴定，筛选gpr112a突变杂合子，并对其gpr112a突变等位基因进行Sanger测序，以确定gpr112a基因敲除品系的建立。之后，gpr112a突变杂合子斑马鱼自交，获得gpr112a纯合子突变斑马鱼。经显微成像并观察发现，受精后7 dpf的gpr112a突变纯合子斑马鱼并没有出现与野生型差异明显的表型，这可能是斑马鱼机体的代偿机制所致。此研究为探究GPR112基因在脊椎动物生存和发育中的作用开辟了道路。

CRISPR-Cas9基因编辑技术具有简单、高效、针对性强的特点，可通过编辑DNA序列治疗一些难治的具有遗传基础的疾病，特别是癌症。近年来，此技术主要用于遗传修饰动物模型的制备与药物开发，现已进入癌症临床试验阶段，并获得喜人的成效，极具临床价值。本文对CRISPR-Cas9系统在肿瘤治疗中的研究进展，包括功能基因筛选、递送系统和免疫疗法等方面进行概述，探讨了其在临床转化中所面临的问题，并展望了发展前景，旨在为今后应用该技术进行肿瘤精准治疗提供参考。

心脏神经脊衍生物表达转录因子2(Hand2)是bHLH家族的成员, 也称为dHand、Hed和Thing2, 可在人以及鼠、鸡、斑马鱼、果蝇等模式动物中表达。国内外的研究显示, Hand2主要影响右心室的发育, 在维持右心室祖细胞和右心室形态发生中起关键作用。为了进一步研究Hand2基因参与心脏发育的作用机制, 拟通过CRISPR/Cas9基因编辑技术构建斑马鱼Hand2基因敲除品系。根据生物信息学网站的分析筛选出最优的两个靶位点, 设计并合成引物, 利用PCR扩增得到Hand2基因sgRNA的cDNA, 再转录为mRNA, 将两个靶位点sgRNA的mRNA和Cas9蛋白共同注射到斑马鱼胚胎的Ⅰ-细胞期。在斑马鱼的胚胎和成鱼时期进行基因敲除的有效性检测, 发现在靶位点附近有碱基的缺失和插入, 表明CRISPR/Cas9对斑马鱼Hand2基因敲除是有效的。本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建了斑马鱼的Hand2基因敲除模型, 为后期研究Hand2基因在人类疾病中的作用机制和新型治疗靶点的临床开发等奠定了基础。

斑马鱼(Danio rerio)是一种常见的模式生物, 红斑马鱼为小型观赏性鱼类之一。鱼类体色主要是由皮肤或鳞片上的色素细胞的种类和分布决定的。黑色素细胞诱导转录因子(MITF)主要调控动物黑色素细胞发育和分化。本文观察了红斑马鱼成鱼的背鳍、臀鳍、腹鳍、胸鳍色素细胞的组成和分布, 跟踪观察了红斑马鱼早期体色发育过程。通过CRISPR/Cas9基因敲除技术构建了mitfa基因敲除体系, 研究了mitfa基因在红斑马鱼早期体色发育中的作用。结果表明: 1)红斑马鱼鳍上分布有红色素细胞、黄色素细胞和少量的虹彩细胞, 但背鳍有大量的黑色素细胞; 2)在红斑马鱼早期体色发育过程中, 首先出现黑色素细胞, 接着出现黄色素细胞, 一个月后, 红斑马鱼的黑色素细胞消退, 鱼体表变浅红, 变色中体表颜色逐渐加深, 最后呈红色、银白色条纹相间分布的成鱼体色; 3)利用CRISPR/Cas9技术, 敲除mitfa基因, 结果发现, mitfa的缺失导致早期红斑马鱼黑色素细胞显著减少。上述研究结果将为观赏鱼的选育以及建立人工改良鱼类体色有效途径提供重要的理论支撑。

MYO7A是人类Usher综合征(US)的致病基因。由MYO7A突变导致的Usher综合征病例占Usher综合征1型病例的29%～55%。研究发现人类MYO7A突变能够导致Usher综合征1B型(USH1B), 包括感觉神经性听力损伤及年龄依赖性视网膜色素变性(RP), 但其分子机制尚不清楚。为了研究该基因在内耳及视网膜发育中的具体分子作用机制, 利用Cloning free CRISPR/Cas9基因编辑技术构建斑马鱼myo7ab基因敲除品系。首先, 通过分析软件筛选出该基因的敲除位点, 利用聚合酶链式反应(PCR)技术扩增该基因的向导DNA(gDNA), 再以gDNA为模板转录得到向导RNA(gRNA), 将gRNA和Cas9蛋白共同注射到斑马鱼1细胞期胚胎中; 随后, 进行基因编辑的有效性检测。研究结果表明, CRISPR/Cas9系统对该基因的敲除有效。对其进行进一步筛选, 成功获得斑马鱼myo7ab基因敲除突变品系, 这为研究该基因在内耳及视网膜发育过程中的作用奠定了基础。

microRNA(miRNA)是一类内生的、长度约为19~23个核苷酸的非编码RNA, 通过影响mRNA的稳定性和翻译, 来参与基因表达的转录后调控。生物信息学分析表明该基因在各个物种中高度保守。为了阐明该基因在肠道发育中的作用, 本文利用Cloning free CRISPR/Cas9基因编辑技术构建miR-196a-1基因敲除的斑马鱼品系。首先通过分析软件筛选出斑马鱼miR-196a-1基因的两个敲除位点, 两个敲除位点相隔132 bp, 利用PCR技术扩增miR-196a-1的向导DNA, 再以向导DNA为模板转录得到miR-196a-1的sgRNA, 将miR-196a-1基因的sgRNA和Cas9蛋白共同注射到斑马鱼胚胎1细胞期胚胎中。斑马鱼胚胎发育到36 hpf后进行基因编辑的有效性检测, 研究结果显示,miR-196a-1基因出现102 bp碱基的缺失, 表明CRISPR/Cas9系统对miR-196a-1基因的敲除有效。对其F0代、F1代、F2代进行筛选, 成功获得斑马鱼miR-196a-1基因敲除品系, 为研究miR-196a-1在肠道发育中的作用奠定了基础。

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。