[发明专利]一种基因敲除选育tnni3k基因缺失型斑马鱼的方法

摘要

本发明涉及基因敲除技术领域，特别是公开了一种基因敲除选育tnni3k基因缺失型斑马鱼的方法，通过CRISPR/Cas9基因编辑技术，在斑马鱼的tnni3k基因上设计合适的打靶位点，在体外合成的特异性gRNA和Cas9‑蛋白，显微共注射进入斑马鱼一细胞内，胚胎培养48h后，通过选取胚胎进行基因型分析，从而证实了所选位点的有效性。本发明能更高效且更精确地在生物体基因组中沉默特定基因，且制作简单、成本低，且可同时对靶基因上多个位点进行剪切，沉默任意数目的单个基因。且干扰掉tnni3k基因斑马鱼胚胎出现明显的发育畸形。

主权项

1.一种基因敲除选育tnni3k基因缺失型斑马鱼的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）分别设计CRISPR/Cas9基因敲除靶位点和检测引物在National Center for Biotechnology Information（NCBI）上查询斑马鱼tnni3k基因的基因组DNA序列，在网站SMART（http://smart.embl‑heidelberg.de/）上分析其功能结构域，根据CRISPR/Cas敲除原理，在网站The ZiFiT Targeter (http://zifit.partners.org/ZiFiT/) 上设计tnni3k基因的靶位点；两对特异性靶位点PCR 引物如下：F1（靶位点a正向引物）：TgTAATACGACTCACTATAGGCAGCATTCAAGGTTCATTGTTTTAGAGCTAGAAATAGCR（共用的反向引物）：AAGCACCGACTCGGTGCCACTPCR 检测引物PCR检测引物上下游引物分别位于4号外显子以及4号内含子上：F (5’‑AAGCTCACATCAGGACCCTC‑3’)R (5’‑AAGCTCACATCAGGACCCTC‑3’）2）构建gRNA表达载体以及特异性gRNA体外合成a，首先将gRNA骨架克隆到p42250载体上；b，特异性gRNA体外合成用BsaI限制性内切酶线性化此质粒；酶切反应总体积为20μL，体系如下：p42250载体            6μL10× Buffer           2μLBsaI限制性内切酶      1μLddH2O                 11μL总体积                20μL混匀后于37 ℃水浴，酶切2h以上；c,以线性化的p42250载体为模板，通过下面特异性引物进行PCR，扩增出用于特异性gRNA合成的双链DNA；正向特异性靶位点引物F1：T7启动子+20pb靶序列+20bp sgRNA上游骨架，反向引物R：20bp sgRNA下游骨架，PCR反应体系如下：模板（p42250载体）            0.5 μLPrimer F1（10 uM）            2μLPrimer R（10 uM）             2 μL2× Buffer（含20mM Mg2+）     25 μLdNTP mix（10 mM）             1 μLEx‑Taq DNA聚合酶            1 μLddH2O                       18.5 μL总体积                      50 μL震荡混匀之后，4 ℃离心，于PCR仪上进行扩增反应；d，检测确定条带正确之后，进行琼脂糖凝胶DNA回收，纯化回收PCR产物；e，测定纯化的DNA浓度，再以此DNA为模板，用20 μL体系进行体外转录，合成特异性gRNA；具体操作如下：体外转录反应体系：模板DNA                12 μL10×Buffer             2μLrNTP mix（10 mM）        4 μLT7 RNA聚合酶           2 μLNuclease‑Free Water    0 μL总体积                 20 μL将反应物全部加入0.2 mL EP管中，混匀之后，于37 ℃水浴2.5 h；水浴结束后，消化DNA模板，然后电泳；f，特异性gRNA的纯化用RNeasy Mini kit试剂盒纯化转录成功的gRNA，保存于‑20 ℃；进行琼脂糖凝胶电泳，以检验纯化产物，并测定纯化之后的gRNA浓度；3）斑马鱼胚胎的显微注射在受精后30 min 之内，用吸管吸取胚胎转移至用琼脂糖制作的显微注射专用培养皿中，在进行显微注射之前，将Cas9 蛋白和gRNA配成混合液，充分混匀，使Cas9 蛋白的终浓度为5μg/μL，gRNA 的终浓度为20 ng/μL，注射1.8nL Cas9 蛋白和gRNA混合液于一细胞期的受精卵内；注射过的受精卵放置于E3水中，28 ℃孵化；在体式显微镜下观察胚胎表型，筛选正常发育的胚胎用于靶位点突变分析；显微注射体系如下：Cas9 蛋白          5μg/μLgRNA               20 ng/μLNuclease free H2OTotal              3μL；4）Sanger测序检测靶位点的有效性对斑马鱼胚胎进行显微注射之后，挑选部分发育正常的早期胚胎，检测其tnni3k基因是否存在突变；a，提取斑马鱼基因组斑马鱼胚胎受精48小时后（48 hpf），分别收集野生型和注射后胚胎于1.5mL Ep管中，每管10颗胚胎，按照下述方法提取基因组DNA，具体步骤如下：向装有胚胎的Ep管中加入200 μL细胞裂解液，2 μL蛋白酶K，放置于55 ℃恒温箱中裂解过夜；裂解完成后，放在振荡器上充分震荡，加入等体积预先冷却的异丙醇于Ep管中，充分颠倒混匀，于4 ℃条件下，12000rpm离心10 min，倒掉上清液；加入70 %乙醇500 μL，于4 ℃条件下，12000rpm离心5 min，弃上清液，室温风干20min；加入20 μL去离子水，充分吹打混匀，琼脂糖凝胶电泳检测提取效率；b，PCR扩增目的序列提取基因组DNA后，根据CRISPR靶位点上下游约320bp的基因组区域，利用Primer Premier 3.0软件设计引物序列以扩增出目的DNA片段；PCR反应体系如下：2×Es Taq MasterMix          10 μLPrimer F (10 μM)             1 μLPrimer R (10 μM)             1 μL模板(基因组DNA)              1 μLddH2O                        7 μL总体积                       20 μL震荡混匀之后，4 ℃离心，于PCR仪上进行扩增反应；c，用1.3 %琼脂糖凝胶电泳分离PCR产物，在紫外下切下目的条带，进行纯化回收；d，送部分纯化之后的目的DNA片段进行Sanger测序，由测序的峰图来初步获得插入或缺失的信息；e,注射两个月之后，进行剪尾鉴定，同上鉴定步骤；5）目的序列的TA克隆PCR鉴定有目的条带后再进行Sanger测序，若测序峰图有双峰，并且测序结果显示有插入或缺失现象的目的序列，接下来进行TA克隆之后挑取单克隆作进一步检测；6）质粒的Sanger测序将双酶切检测结果显示条带大小符合预期结果的质粒送往测序，将测序之后给出的峰图和序列，在NCBI上与标准目的序列进行对比，根据比对结果，分析出每个单克隆的突变类型；7）获得可遗传的斑马鱼突变体的F1代通过前面一系列筛选确定了斑马鱼突变体F0代，紧接着将F0代突变体分别与野生型斑马鱼杂交得到F1代胚胎，置于28 ℃培养，在初期观察F1代的存活率；受精两天后，每个突变体F1代分别取10个胚胎进行突变遗传性鉴定；将每个胚胎单独提取基因组，然后PCR扩增出320bp的靶位点附近区域，再进行Sanger测序，若测序峰图有双峰，并且测序结果显示有缺失现象，则确定为可遗传。