《Scientific Reports》：Genome editing across Dictyostelia species enables comparative functional genetics of social amoebas
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为突破基因操作长期局限于盘基网柄菌 Dictyostelium discoideum 的瓶颈，研究人员成功将源自 D. discoideum 的 CRISPR/Cas9 系统扩展至网柄菌 Dictyostelia 的多个演化支（包含 Groups 1-4），在 Polysphondylium violaceum、Heterostelium pallidum 和 Cavenderia fasciculata 中实现了对 stlA 和 pkaC 等基因的高效敲除。该研究建立了一个跨物种应用的通用基因编辑平台，为比较遗传学与进化发育研究提供了关键工具。
在生命科学的宏大图景中，理解基因功能是揭示生命奥秘的核心。然而，对于一类名为“网柄菌”或“社会性阿米巴” Dictyostelia 的神奇生物而言，科学家们却长期面临着一个尴尬的困境：尽管它们作为研究细胞分化、多细胞发育和信号转导的经典模式生物已有数十年历史，但先进的基因操作技术却几乎只在其中一种——盘基网柄菌 Dictyostelium discoideum 中得到了成熟应用。对于网柄菌家族中其他众多形态各异、处于不同演化分支的物种，研究人员仍然缺乏高效、通用的遗传操控工具。这就像我们拥有了一把精密的钥匙，却只能打开一扇门，而无法探索门后相连的整个宫殿群落。这种技术上的局限严重阻碍了科学家们在整个网柄菌类群中进行跨物种的比较研究，使我们难以从更广阔的进化视角去理解诸如多细胞性起源、细胞命运决定等基础生物学问题是如何在演化中被塑造和多样化的。为了打破这一瓶颈，一项发表于《Scientific Reports》的研究应运而生，旨在建立一个能够跨越网柄菌主要演化支系的通用基因编辑平台。
研究人员开展此项研究主要运用了几个关键技术方法。核心是采用并优化了源自盘基网柄菌 D. discoideum 的染色体外 CRISPR/Cas9 载体系统。通过电穿孔技术将该载体导入目标网柄菌物种细胞。为了提高在难转染物种中的编辑效率，研究还采用了将供体寡核苷酸与 CRISPR/Cas9 载体共电转的策略，并结合了药物筛选来富集编辑成功的细胞。研究涉及的网柄菌样本来自不同的演化分支，包括 Polysphondylium violaceum 以及两个早期分支物种 Heterostelium pallidum 和 Cavenderia fasciculata。
建立跨物种 CRISPR/Cas9 基因组编辑系统
为了测试 D. discoideum 的 CRISPR/Cas9 系统在其他网柄菌物种中的适用性，研究人员首先在紫色 polysphondylium violaceum 中进行了尝试。他们成功地利用该系统分别对 stlA 和 pkaC 基因进行了定向破坏，证明了该系统在非 D. discoideum 物种中的可行性。这一结果为将编辑技术扩展到更广泛的网柄菌类群奠定了基础。
在盘基网柄菌中实现无需药物筛选的基因敲除
在模式生物 D. discoideum 中，研究人员进一步优化了编辑流程。他们通过将 CRISPR/Cas9 载体与供体寡核苷酸共同导入细胞，无需依赖药物筛选，即成功实现了对 pkaC 基因的敲除，且效率达到 28.6%。这表明，在基础条件较好的物种中，该方法可以简化流程，快速生成基因敲除株系。
显著提升在难编辑物种中的敲除效率
研究面临的更大挑战是在一些难以进行遗传操作的物种中提高编辑效率，例如 Heterostelium pallidum。在该物种中，仅使用 CRISPR/Cas9 载体对 pkaC 进行编辑的效率很低。为此，研究人员改进了方法，将供体寡核苷酸与 CRISPR/Cas9 载体共电转后，紧接着进行了为期 4 天的药物筛选。这一组合策略将 pkaC 基因的破坏效率从 0.9% 显著提升至 8.3%。同样的策略也在另一个早期分支物种 Cavenderia fasciculata 中成功应用，实现了 pkaC 的敲除。这些结果证明，通过方法优化，可以克服物种间固有的技术障碍，有效拓展基因编辑技术的适用范围。
综上所述，本研究成功地建立并验证了一套基于 CRISPR/Cas9 的基因组编辑系统，该系统能够有效地应用于网柄菌 Dictyostelia 多个主要演化支（包括 Group 1-4）的不同物种。研究不仅在 Polysphondylium violaceum 中实现了基因敲除，更通过结合供体寡核苷酸和药物筛选的策略，显著提升了在传统上难以进行遗传操作的早期分支物种（如 Heterostelium pallidum 和 Cavenderia fasciculata）中的编辑效率。这项工作的重要意义在于，它首次提供了一个真正意义上的跨网柄菌物种的通用基因编辑平台。该平台破除了长期限制该领域发展的技术壁垒，使得研究人员能够首次在网柄菌的整个演化谱系上进行平行的基因功能比较研究。这为深入探索基因和发育通路在漫长进化历程中的保守性与创新性、以及社会性阿米巴从单细胞向多细胞群体行为演化的分子机制，开启了全新的、极具潜力的大门。正如研究所展示的，一个源于 D. discoideum 的工具，经过合理设计与优化，便能照亮其众多近亲的遗传学暗箱，这不仅是技术上的成功，更是比较生物学与进化发育生物学研究范式的一次重要推进。
