近日，北京市农林科学院水产所观赏鱼研究室朱华研究员团队在国际主流学术期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（Q1，IF=7.7）发表题为“Enhancing genome editing efficiency in goldfish （Carassius auratus） through utilization of CRISPR-Cas12a （Cpf1） temperature dependency”的研究论文。该研究在金鱼中成功建立基于CRISPR/Cas12a系统的基因编辑系统，首次实现该系统在非模式鱼类中基因组中的高效编辑，揭示了温度可作为CRISPR/Cas12a编辑效率的开关，实现不同发育窗口的可控性条件基因敲除。
CRISPR/Cas技术自诞生以来，在农业、医药和食品安全等多个领域取得了革命性进展。作为一种源于细菌和古细菌的适应性免疫机制，CRISPR/Cas系统通过识别并切割外源DNA，从而防御病毒和质粒的入侵。随着该技术的不断发展，CRISPR/Cas系统已经被广泛应用于基因编辑，并在不同物种中取得了显著成果。特别是CRISPR/Cas12a（Cpf1）系统，其结构简单、功能多样，使其成为继CRISPR/Cas9之后，基因编辑领域的另一重要工具。然而，CRISPR/Cas12a的应用仅仅限制于哺乳动物中或一些模式物种中，还未实现在非模式物种尤其是冷温性动物中的应用。朱华研究员团队系统性地评估了两种CRISPR/Cas12a变体（LbCas12a和AsCas12a）在不同温度和不同时间窗口下对酪氨酸酶（tyr）基因的编辑效果。研究结果表明Cas12a具有较强的温度依赖性，尤其是AsCas12a在高温条件下展现出明显增强的编辑活性。仅通过一小时的短时高温处理，便能实现有效的基因敲除，充分证明了CRISPR/Cas12a作为一种高效、快速的基因编辑工具的潜力。此外，温度作为条件性触发因子，能够精确调控金鱼胚胎发育过程中的基因敲除时机，为基因编辑的时空调控提供了新的策略。全基因组重测序结果进一步验证了所获得的突变体未出现脱靶效应，进一步确立了该技术的精准性和高效性。
本研究表明，CRISPR/Cas12a系统能够作为CRISPR/Cas9系统的有效补充，尤其在温度变化条件下具有更高的应用价值，极大扩展了基因编辑技术的应用范围和潜力。此项技术不仅为金鱼功能基因组学研究提供了高效的工具，也为水产养殖领域的基因编辑提供了新的技术支撑，并为低温环境下的基因编辑提供了可行的解决方案。金鱼CRISPR/Cas12a编辑技术的建立推动了水产养殖物种遗传改良的技术革新，彰显了基因编辑技术在水产动物育种中的广泛应用前景。
水产所为论文第一完成单位，观赏鱼研究室李绘娟博士为第一作者，朱华研究员为通讯作者。该研究得到了北京市乡村振兴农业科技项目（NY2401170024）、北京市农林科学院院青年科学基金（QNJJ202238）、北京市农林科学院院科技创新能力建设专项（KJCX20230216）等项目支持。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.141142
日期：2025-02-28
