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Science:利用CRISPR介导的有丝分裂重组研究基因图谱

发现作为性状变异基础的DNA序列差异是现代遗传学研究的一个中心目标。当前联系基因型与表型的主要工具是连锁与关联研究。尽管连锁与关联研究已绘制出了促成表型变异的成千上万的基因组区域,要缩窄这些区域至潜在致病基因及变异则极具挑战性。
 
传统上,发现基因变异一直局限于在低分辨率的自然发生减数分裂重组率下开展研究工作,在减数分裂重组时细胞经过两次分裂生成生殖细胞,遗传物质被“重新洗牌”。通常,由于减数分裂重组率过低而无法解析单个基因的绘图区域,更不要说基因内的特异变异。
 
影响体细胞的有丝分裂重组可以让我们更详细地了解基因功能和变异,因为它有时候会导致形成具有一套基因(而非两套基因)的重组染色体。这会使得一些基因丧失它们的功能,提供它们所起关键作用的一些重要见解。然而,有丝分裂重组是一种稀有事件。
 
在这篇Science文章中Kruglyak和合著作者们指出,数十年来尽管绘图研究已揭示出许多性状的基因位点,但鉴别潜在基因和变异却一直滞后。他们开发出了一种新型的CRISPR辅助的绘图方法,有望消除这一缺口。他们的方法利用了CRISPR来生成密集覆盖任意大小目的区域的定向重组事件。
 
研究人员首先生成了CRISPR引导的、跨越一条酵母染色体臂的杂合性丢失(LOH)事件,利用生成的酵母菌株来绘制性状变异。他们随后让一个QTL间区充满重组事件快速鉴别出了在实验室酿酒酵母菌株中对锰(manganese)敏感性负责的一个因果关系的多态性。
 
研究人员通过CRISPR辅助直接操控抗性等位基因进入到一个敏感的酵母菌株中证实了这一多态性的因果作用。相比以往的策略,新方法生成了更高密度的重组事件,很容易可以靶向基因组的任何区域,其不需要额外费时地生成杂交系统来提高重组频率。
 
参阅文献:
CRISPR-directed mitotic recombination enables genetic mapping without crosses
Science  05 May 2016:DOI: 10.1126/science.aaf5124
 
Linkage and association studies have mapped thousands of genomic regions that contribute to phenotypic variation, but narrowing these regions to the underlying causal genes and variants has proven much more challenging. Resolution of genetic mapping is limited by the recombination rate. We developed a method that uses CRISPR to build mapping panels with targeted recombination events. We tested the method by generating a panel with recombination events spaced along a yeast chromosome arm, mapping trait variation, and then targeting a high density of recombination events to the region of interest. Using this approach, we fine-mapped manganese sensitivity to a single polymorphism in the transporter Pmr1. Targeting recombination events to regions of interest allows us to rapidly and systematically identify causal variants underlying trait differences.
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