西北农林PNAS利用TALEN技术获抗结核转基因牛

　　近期，西北农林科技大学的研究人员在《PNAS》杂志上发表学术论文。在这项研究中，研究人员把小鼠基因SP110通过一种称为转录激活样效应因子核酸酶调控的基因组修饰方法，插入到牛的基因组中，得到了一种转基因牛，它表现出了对牛结核菌感染的抗性，牛结核菌是造成动物与人结核病的一种细菌。

　　

生物通报道：近期，西北农林科技大学的研究人员在《PNAS》杂志上发表题为“TALE nickase-mediated SP110 knockin endows cattle with increased resistance to tuberculosis”的学术论文。在这项研究中，研究人员把小鼠基因SP110通过一种称为转录激活样效应因子核酸酶调控的基因组修饰方法，插入到牛的基因组中，得到了一种转基因牛，它表现出了对牛结核菌感染的抗性，牛结核菌是造成动物与人结核病的一种细菌。

本文通讯作者是西北农林科技大学动物生物技术重点实验室的张涌（Yong Zhang）教授，其多年来从事哺乳动物发育生物工程的理论和技术研究, 先后主持国家级、部省级攻关项目、国家自然科学基金重点项目、国家科技部专项基金等10多项，招收和培养博士生、硕士生20多名，在国内外发表学术论文80多篇，主持获得部省级科技进步一等奖1项、二等奖3项(均为第一名)，中国青年科技奖、霍英东青年教师奖、中华农业科教奖农业科研奖各一项。

通过同源重组的基因打靶，可以精确地修饰基因组，已被广泛用于基因功能研究和生产转基因动物。转录激活子样效应因子核酸酶（TALEN）是一种可编程的核酸酶，包含一个FokI核酸酶结构域和一个来源于植物病原菌黄单胞菌、被称为“转录激活因子样效应因子”的DNA结合域。TALEN可诱导基因组中一个精确的、定义的位置的双链断裂（DSB），从而在DSBs被非同源末端连接（NHEJ）修复错误时导致不可预料的基因突变。延伸阅读：苏州大学利用TALEN技术研究斑马鱼生物钟。

此外，TALEN也可以用于结合专门设计的外源供体DNA，来产生大规模的缺失、基因中断、DNA增加或单个核苷酸变化。在过去的两年当中，已有众多关于“TALEN介导的基因敲除”的例子报道，但成功的敲入（knockins）是罕见的。TALEN介导的位点特异性转基因技术已成功地应用于模型动物，甚至大型家畜，如猪和牛。然而，据我们所知，利用TALENs技术的基因敲入转基因牛还没有相关报道。

结核病是由牛结核分枝杆菌（Mycobacterium bovis）引起的一种人畜共患病，可由动物传播给人类以及在人类之间进行传播。它是全球公共卫生和农业的一种严重威胁。牛结核病在世界各地是广泛分布的，目前在非洲和亚洲的许多不发达地区，并没有有效的计划来消除或控制这种疾病。因此，这些地区迫切需要更广泛而有效的牛结核病控制研究。小鼠SP110基因是结核分枝杆菌（MTB）感染控制过程中一个有希望的候选基因。SP110可以控制巨噬细胞中的结核分枝杆菌生长，并诱导感染细胞的细胞凋亡。

在这项研究中，研究人员通过同源重组的转录激活因子样效应因子（TALE）切口酶介导，成功实现了SP110核体蛋白基因（SP110）的敲入，从而产生了抗结核的转基因牛。体外和体内的转染实验表明，转基因牛能够控制牛分枝杆菌的生长和增殖，打开细胞死亡的凋亡通路，而不是感染后坏死，并有效抵抗结核病患牛在自然界的低剂量结核分枝杆菌传播。

在这项研究中，研究人员开发了转录激活因子样效应（TALE）切口酶技术，将一个小鼠SP110基因插入到荷斯坦牛的基因组中。因此，TALEN是这一重要家畜靶向基因改造的一个有效工具。此外，本研究的结果还有助于牛结核病的控制。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
TALE nickase-mediated SP110 knockin endows cattle with increased resistance to tuberculosis
Abstract: Transcription activator-like effector nuclease (TALEN)-mediated genome modification has been applied successfully to create transgenic animals in various species, such as mouse, pig, and even monkey. However, transgenic cattle with gene knockin have yet to be created using TALENs. Here, we report site-specific knockin of the transcription activator-like effector (TALE) nickase-mediated SP110 nuclear body protein gene (SP110) via homologous recombination to produce tuberculosis-resistant cattle. In vitro and in vivo challenge and transmission experiments proved that the transgenic cattle are able to control the growth and multiplication of Mycobacterium bovis, turn on the apoptotic pathway of cell death instead of necrosis after infection, and efficiently resist the low dose of M. bovis transmitted from tuberculous cattle in nature. In this study, we developed TALE nickases to modify the genome of Holstein–Friesian cattle, thereby engineering a heritable genome modification that facilitates resistance to tuberculosis.