环球观点：CRISPR技术绘制每个人类基因功能图谱

【资料图】

怀特黑德研究所的研究人员创建了第一个信息丰富的基因型-表型图，揭示了基因和细胞功能的多维肖像。通过针对数百万个人类细胞中的所有表达基因进行基因组规模的Perturb-seq(基于CRISPR的单细胞RNA测序读数筛选)，JonathanWeissman博士及其同事绘制了遗传扰动的转录效应图，以预测基因组规模的基因功能。

这项研究提出了构建和分析丰富的基因型-表型图谱的蓝图，作为系统探索遗传和细胞功能的驱动力。“我认为这个数据集将使来自生物学其他领域的人们甚至还没有想到的各种分析成为可能，突然间他们就可以利用这个数据了，”汤姆·诺曼博士说，前韦斯曼实验室博士后和该论文的共同高级作者。

该研究结果发表在《Cell》上一篇题为“利用基因组规模的Perturb-seq绘制信息丰富的基因型-表型景观”的论文中。这些数据可供其他科学家在韦斯曼实验室网站上使用。

对于遗传学和其他生物学领域来说，没有什么问题比“每个基因的功能是什么?”更重要的了。几十年来，研究人员一直在解决这个问题，首先是通过使用Perturb-seq等全基因组方法来剖析单个基因的最新进展，尽管规模有限。

麻省理工学院(MIT)生物学教授兼霍华德休斯医学研究所研究员韦斯曼说：“我们经常将‘X基因’被敲低的所有细胞放在一起进行平均，以观察它们如何发生变化。”。“但有时，当你敲除一个基因时，失去同一基因的不同细胞会表现出不同的行为，而这种行为可能会被平均水平所忽略。”

Whitehead研究人员颠覆了这一概念，利用Perturb-seq揭示了细胞行为、基因功能和调控网络的多维肖像。大规模的Perturb-seq图谱是由JosephReplogle的基础工作实现的，JosephReplogle是Weissman实验室的医学博士生，也是本文的共同第一作者。

全面的基因型-表型图谱使基因功能的发现和细胞表型的剖析成为可能——从RNA剪接到分化，再到染色体不稳定性(CIN)。这种方法为首次全基因组筛选正确分离DNA所需的因素铺平了道路。这样，诺曼说，这种方法非常适用于非整倍体研究，因为它捕获了只能使用单细胞读数才能获得的表型。

基因组表型图谱能够解开一个长期存在的问题：为什么线粒体仍然拥有自己的DNA。分析揭示了核DNA和线粒体DNA在不同细胞条件下如何协调和调节，特别是当细胞受到压力时。“我们工作的一个重要收获是，拥有独立的线粒体基因组的好处之一可能是针对不同的压力源进行局部或非常具体的基因调控，”雷普洛格说。

这些发现只是这些基因型-表型图谱所揭示内容的开始，基因型-表型图谱是一个巨大的资源，使研究人员能够深入开展基于发现的研究。韦斯曼说，“你不需要提前定义你要研究的生物学，而是拥有这张基因型-表型关系图，你可以进入并筛选数据库，而无需做任何实验。”

在文章的总结中，Weissman及其同事强调，单细胞CRISPR筛选仅需要其他方法所用细胞数量的一小部分，因此非常适合iPSC衍生细胞和体内样本的研究。目前，单细胞CRISPR筛选的主要限制是成本。到目前为止，该研究的最后实验涉及在UltimaGenomics开发的低成本、超高通量测序平台上对一些基因组规模的文库进行测序，产生与Illumina仪器上测序结果相当的结果。

关键词：