在一項新的研究中，來自西班牙卡洛斯三世國家心血管研究中心(Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares Carlos III, CNIC)的研究人員開發出新的方法來產生和分析基因嵌合體(genetic mosaics)。相關研究結果發表在2017年8月10日的Cell期刊上，論文標題為“Dual ifgMosaic: A Versatile Method for Multispectral and Combinatorial Mosaic Gene-Function Analysis”。

在這些基因嵌合體中，組織含有眾多具有不同基因型的細胞群體，從而允許研究這些基因型在細胞行為中產生的差別。這種新的方法將允許科學家們在小鼠和斑馬魚等脊椎動物模型中誘導多光譜基因嵌合體產生。這種技術將有助在比較高的時空分辨率下加快理解基因在發育和疾病期間的功能和相互作用。基因編碼蛋白合成所需的信息。改進的研究基因功能的方法將允許人們“增加了解基因組如何在組成人體的多種細胞類型中發揮作用，理解基因相互作用網絡和它們的調節層次。”再者，這種知識對設計高效地修飾或校正疾病中的基因活性的治療策略是至關重要的。

修飾基因活性的能力顯著地改變了研究生物學過程的方法。如今，大多數科學家們每次通過在一種器官或動物的所有細胞或一部分細胞中修飾一個基因的活性(即增加或剔除它的活性)，分析它的功能。利用這種方法分析單個基因修飾在器官或動物的發育、功能或病變中產生的變化，就可理解基因功能。

正如論文通信作者Rui Benedito解釋的那樣，在利用可誘導的基因嵌合體的實驗性方法中，這些誘導的基因變化僅在有機體的一些細胞(即突變細胞)中發生，而其他的細胞都保持未變(即正常的細胞)。“使用可誘導的基因嵌合體是比較重要的，這是因為它能夠讓我們研究具有不同基因型的細胞如何在相同的環境中作出表現，這樣任何差異都能夠歸因於這種誘導的基因變化。”這種研究基因功能的方法通常比經典的遺傳學方法更加準確和更加信息豐富。在經典的遺傳學方法中，對有機體的所有細胞中的靶基因進行修飾能夠產生附帶變化，這些附帶變化不能夠在時間或空間上加以控製，而且可能幹擾對這個基因在研究的生物學過程中的功能的理解。

基因嵌合體在果蠅中被廣泛地使用，這是因為這種有機體容易發生有絲分裂重組，而且已引發基因功能和細胞生物學研究變革。然而，在此之前，在小鼠中誘導和分析基因嵌合體在技術上是充滿極大挑戰的。

為了在小鼠中產生基因嵌合體，這些研究人員開發出新的分子生物學方法和轉基因方法。這些方法允許在單隻小鼠中同時誘導多種與不同的熒光標記結合在一起的嵌合基因修飾。這些熒光標記能夠在高分辨率多光譜顯微鏡下檢測到。

為了讓這些新的遺傳工具能夠被其他的研究團隊使用，這些研究人員首先開發出一種開源DNA工程策略，這種策略會極大地簡化產生較大的複雜的含有多個處於相同的開放編碼框的靶基因和熒光標記基因的DNA構建體。他們也開發出新的CRISPR/Cas9方法將這些構建出的DNA分子導入到胚胎幹細胞或受精卵中，從而使得快速地和可靠地產生轉基因小鼠嵌合體得以簡化。

利用這些新的遺傳工具和轉基因小鼠，這些研究人員能夠在相同的組織中研究多個基因的功能，同時對高達15種顏色編碼的細胞群體進行熒光顯微分析，每種細胞群體表達一種獨特的基因組合。根據Rui Benedito的說法，“這種技術首次允許在同一隻小鼠的不同細胞中誘導和分析不同的基因嵌合體組合。鑒於在相同的組織中對這些不同的細胞群體加以誘導，並且對它們同時進行成像，分析它們的行為如何存在差異能夠對研究的這些基因的功能提供精確的數據和新的見解。這種方法相比於現有的遺傳分析方法具有真正的優勢：鑒於這種現有的遺傳分析必須是在接受一種給定的基因修飾的獨立動物中開展的，這需要比較存在於不同組織或環境中的細胞。”

參考資料：

Samuel Pontes-Quero, Luis Heredia, Verónica Casquero-García et al.Dual ifgMosaic: A Versatile Method for Multispectral and Combinatorial Mosaic Gene-Function Analysis.Cell, 10 August 2017, 170(4):800–814, doi:10.1016/j.cell.2017.07.031