基于CRISPR/Cas9聚焦型文库筛查和多基因转录激活系统诱导绵羊胚胎干细胞向雄性生殖细胞分化的研究

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基本信息

  • 批准号:
    31872359
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1704.畜禽繁殖学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Inducing embryonic stem cells(ESCs) differentiation into male germ cells in vitro is of great importance for livestock breeding and also exploring the mechanism of germ cell development. However, the functional genes that regulate the differentiation of male germ cells are still not clear, which leads to low differentiation efficiency, and it is difficult to obtain germ cells with function in vitro. The CRISPR/Cas9 system can be edited at specific sites in the genome, making it an important tool for high throughput gene screening and gene function research. Therefore,we firstly used high-throughput sequencing technology to screen mRNA related with in vivo of sheep spermatogenesis, to establish CRISPR lentiviral library. Next, the library will be used to infect Cas9 expressed sheep ESCs, and infected sheep ESCs will be induced into germ cells and subjected to whole genome sequencing, to identify the genes that are essential for germ cells differentiation in vitro. Furthermore, 2-3 key genes will be selected and CRISPR/dCas9 based gene activation system will be used to induce the sheep ESCs differentiation into male germ cells. This project contributes to identify key genes that are essential for sheep ESCs differentaion into male germ cells in vitro, and improve the differentiation efficiency.
建立ES细胞体外诱导为雄性生殖细胞的方法,对家畜优良品种培育及生殖细胞发育机制的研究具有重要意义。然而因调控雄性生殖细胞分化的功能基因仍不明确,导致体外诱导效率低且难以获得功能齐全的生殖细胞。CRISPR/Cas9系统可在基因组特定位点进行编辑,使其成为高通量基因筛选和功能研究的重要工具。本项目拟首先利用转录组测序技术挖掘绵羊体内精子减数分裂前后差异表达基因,构建聚焦型CRISPR慢病毒文库;然后侵染体外稳定表达Cas9的绵羊ES细胞,经Bmp-4诱导后,测序鉴定绵羊ES细胞体外定向为雄性生殖细胞的必需基因;最后选择2-3个关键基因,利用CRISPR/dCas9介导的转录激活系统,建立高效的绵羊ES细胞分化为雄性生殖细胞的新模型。本项目有助于在全基因组水平上鉴定雄性生殖细胞诱导分化过程中的少数必需基因,建立绵羊ES细胞体外向功能性雄性生殖细胞的诱导技术体系,提高干细胞向生殖细胞分化效率。

结项摘要

建立稳定的ES细胞分离培养体系及体外诱导为生殖细胞的方法,对家畜优良品种培育及生殖细胞发育机制的研究具有重要意义。本研究建立了绵羊ES细胞系并诱导其体外向生殖细胞发生转分化。①成功获得了稳定传代至30代以上的绵羊ESCs,分离的ESCs具有与绵羊囊胚 ICM一致的多能性,体外可以形成拟胚体,体内可形成畸胎瘤并可分化为三个胚层;②利用scRNA-seq分析了绵羊 ESCs 中潜在的细胞类群,表明分离的绵羊 ESCs 可能介于原始态和始发态之间的中间状态,即活化/形成(formative)态;③利用Activin A、bFGF、BMP4等因子可将 ESCs 诱导为原始生殖样细胞,证明绵羊 ESCs 具有向生殖细胞诱导分化的能力;④利用单细胞测序技术建立了绵羊睾丸精子发生过程的转录表达图谱,筛选了生精发育过程的关键调控基因,可用于聚焦型CRISPR文库的建立;利用CRISPR/dCas9技术构建了4个关键候选基因的过表达激活载体,验证了载体的有效性,并建立了基于CRISPR系统的绵羊生殖细胞报告载体。通过这些研究,为绵羊雄性生殖细胞的体外分化机理的研究提供新思路,为家畜体外育种策略的实施提供技术支撑。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
SMAD2 regulates testicular development and testosterone synthesis in Hu sheep
SMAD2 调节湖羊睾丸发育和睾酮合成
  • DOI:
    10.1016/j.theriogenology.2021.08.027
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    THERIOGENOLOGY
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Yang Hua;Wan Zhen;Jin Yanshan;Wang Feng;Zhang Yanli
  • 通讯作者:
    Zhang Yanli
lncRNA-NAS对湖羊睾丸间质细胞睾酮分泌的影响及其靶基因鉴定
  • DOI:
    10.7685/jnau.201912001
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    南京农业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵洁;史陈博;杨花;王锋;张艳丽
  • 通讯作者:
    张艳丽
Characterization of sheep spermatogenesis through single-cell RNA sequencing
通过单细胞 RNA 测序表征绵羊精子发生
  • DOI:
    10.1096/fj.202001035rrr
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    FASEB Journal
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Yang Hua;Ma Jianyu;Wan Zhen;Wang Qi;Wang Zhibo;Zhao Jie;Wang Feng;Zhang Yanli
  • 通讯作者:
    Zhang Yanli
Overexpression of bmp4, dazl, nanos3 and sycp2 in Hu Sheep Leydig Cells Using CRISPR/dcas9 System Promoted Male Germ Cell Related Gene Expression.
利用CRISPR/dcas9系统在湖羊间质细胞中过表达bmp4、dazl、nanos3和sycp2促进雄性生殖细胞相关基因表达
  • DOI:
    10.3390/biology11020289
  • 发表时间:
    2022-02-11
  • 期刊:
    Biology
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Yang H;Deng M;Lv W;Wei Z;Cai Y;Cheng P;Wang F;Zhang Y
  • 通讯作者:
    Zhang Y
Genome-Wide Analysis and Function Prediction of Long Noncoding RNAs in Sheep Pituitary Gland Associated with Sexual Maturation
绵羊垂体中与性成熟相关的长非编码 RNA 的全基因组分析和功能预测
  • DOI:
    10.3390/genes11030320
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
    GENES
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Yang Hua;Ma Jianyu;Wang Zhibo;Yao Xiaolei;Zhao Jie;Zhao Xinyue;Wang Feng;Zhang Yanli
  • 通讯作者:
    Zhang Yanli

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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    解盘石

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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