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快速繁殖海胆-发育生物学的回归动物模型

对一些人来说,海胆是水族馆里的好东西,而对另一些人来说,它们只是普通寿司的一种配料。然而,对于发展生物学家来说,它们代表了超过100年的研究和教育。因为它们的卵是透明的,在19世纪,胚胎发育甚至受精过程都很容易在显微镜下观察到。在胚胎之外,海胆的寿命很长——有些物种可以活到200岁——这让研究衰老的发育生物学家对它们产生了兴趣。

然而,伴随着它们漫长的生命而来的是一个漫长的繁殖周期。研究最多的海胆品种的繁殖周期在一到两年之间。这对于那些专注于敲除、插入或编辑依赖于快速产生后代的基因的研究来说是一个严重的限制。随着对基因精确功能的理解逐渐主导了发育生物学领域,海胆已经不再是动物模型了。

Tsukuba Shimoda大学海洋研究中心的Shunsuke Yaguchi教授和他的团队认为,从海胆生物学中还可以学到很多东西,他们开始寻找一种方法来缩短海胆的繁殖周期。“我们研究了几种海胆,改变了它们的食物供应和环境,”Yaguchi教授解释说。通过这些努力,他们发现了一个繁殖周期只有半年的物种Temnopleurus reevesii。

作为概念研究的证据,研究人员集中研究了一种基因,这种基因负责产生给海胆上色的色素。利用CRISPR技术,他们敲除了一个天然的具有深紫红色的T. reevesii突变体中的色素基因。这个过程成功地产生了白化变种,但有一个问题:只有雄性海胆存活了下来。因此,为了创造第一代突变体,研究小组使用了野生型T. reevesii的卵子和敲除突变体的精子。然后他们用第一代雄性和雌性来产生第二代突变体,这两种突变体都缺少色素基因的拷贝。

这些海胆是白化海胆,可以蜕变成幼体并进入成年期。但是存活率很低。“许多F2代的白化海胆幼虫无法在紫外线下存活,”Yaguchi教授说。“这表明这种色素可能有助于保护海胆免受紫外线伤害或修复受损组织。”

“基因编辑在这种海胆中既可行又实用,未来的研究可以在海胆中使用这些技术来推进发育生物学领域。”

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