БИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
БИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ
ПЕЧАТНАЯ ВЕРСИЯ
ЭЛЕКТРОННАЯ ВЕРСИЯ
 
КАК ПОДАТЬ РУКОПИСЬ
 
КАРТА САЙТА
НА ГЛАВНУЮ

 

 

 

 

doi: 10.15389/agrobiology.2021.6.1015rus

УДК 636.5:573.6.086.83:577.21

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, грант № 21-66-00007.

 

РЕДАКТИРОВАНИЕ ГЕНОМА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПТИЦЫ: СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ПТИЦЕВОДСТВЕ (обзор)

Н.А. ВОЛКОВА , А.Н. ВЕТОХ, Н.А. ЗИНОВЬЕВА

В настоящее время достигнут значительный прогресс в области генетической модификации сельскохозяйственной птицы. Разработаны методы и методические подходы по введению рекомбинантных генов в клетки птиц. Их эффективность варьирует в зависимости от объекта исследований, клеток-мишеней, выбранных для введения рекомбинантной ДНК, и способа их трансформации. В качестве клеток-мишеней для внесения направленных модификаций рассматриваются клетки бластодермы, примордиальные зародышевые клетки, сперматогонии, спермии, клетки яйцевода. Генетическую трансформацию клеток-мишеней можно осуществить посредством ретровирусных, лентивирусных и аденовирусных векторов, электропорации, липофекции. Выделяют три основные стратегии создания генетически модифицированной птицы: введение генетических конструкций непосредственно в эмбрион (J. Love с соавт., 1994; Z. Zhang с соавт., 2012) или в отдельные органы и ткани взрослых особей (Д.В. Белоглазов с соавт., 2015; S. Min с соавт., 2011); трансфекция клеток-мишеней в культуре in vitro и их последующая трансплантация в эмбрион или органы-мишени (M.-C. van de Lavoir с соавт., 2006; B. Benesova с соавт., 2014); трансформация спермиев in vitro и осеменение самок трансформированной спермой (E. Harel-Markowitz с соавт., 2009). Эти подходы применялись при разработке методов редактирования генома клеток птиц. Изучена возможность модификации клеток птиц посредством различных систем редактирования, в частности ZFN (zinc finger nuclease), TALEN (transcription activator-like effector nucleases) и CRISPR/Cas9 (clustered regularly interspaced palindromic repeats). К перспективным направлениям использования этой технологии в птицеводстве относятся изучение функций генов (N. Véron с соавт., 2015), получение рекомбинантных протеинов в составе яичного белка (I. Oishi с соавт., 2018), улучшение хозяйственно ценных и продуктивных качеств (J. Ahn с соавт., 2017), повышение устойчивости к инфекционным заболеваниям (A. Koslová с соавт., 2020; R. Hellmich с соавт., 2020). С помощью технологии редактирования генома получены куры с нокаутом генов тяжелой цепи иммуноглобулина (B. Schusser с соавт., 2013; L. Dimitrov с соавт., 2016), овомуцина (I. Oishi с соавт., 2016), миостатина (G.-D. Kim с соавт., 2020), а также с интегрированным геном бета-интерферона человека (I. Oishi с соавт., 2018). Выведены перепела с нокаутом генов миостатина (J. Lee с соавт., 2020) и меланофилина (J. Lee с соавт., 2019). В ряде исследований показана простота, безопасность и доступность системы редактирования CRISPR/Cas9 для модификации генома сельскохозяйственной птицы, что позволяет рассматривать эту систему как эффективный инструмент для создания и коммерческого использования пород и линий птиц с улучшенными качествами в рамках реализации крупномасштабных селекционных программ по повышению качества птицеводческой продукции. В настоящем обзоре рассмотрены основные методы и методические подходы по генетической модификации сельскохозяйственной птицы, в том числе с привлечением различных систем редактирования генома, а также основные направления и перспективы применения этой технологии в птицеводстве.

Ключевые слова: куры, перепела, трансгенез, геномное редактирование, CRISPR/Cas9, примордиальные зародышевые клетки, половые клетки.

 

 

GENOME EDITING: CURRENT STATE AND PROSPECTS FOR USE IN POULTRY (review)

N.A. Volkova , A.N. Vetokh, N.A. Zinovieva

To date, significant progress has been made in the poultry’s genetic modification. A sufficiently large number of methods and methodological approaches have been developed for the introduction of recombinant genes into bird cells. The efficiency of using these approaches for genetic modification of bird cells varies depending on the object of research, the selected target cells for the introduction of recombinant DNA and the method of their transformation. Blastoderm cells, primordial germ cells, spermatogonia, sperm cells, and oviduct cells can serve as target cells for gene modifications. Using retroviral, lentiviral and adenoviral vectors, electroporation and lipofection, genetic transformation of these target cells can be carried out. In general, three main strategies for creating a genetically modified bird can be distinguished: i) the introduction of genetic constructs directly into the embryo (J. Love et al., 1994; Z. Zhang et al., 2012) or into individual organs and tissues of adults (D.V. Beloglazov et al., 2015; S. Min et al., 2011), ii) transfection of target cells in vitro and their subsequent transplantation into the embryo or target organs (M.-C. van de Lavoir et al., 2006; B. Benesova et al., 2014), and iii) sperm transformation in vitro and insemination of females with transformed sperm (E. Harel-Markowitz et al., 2009). These approaches were used to develop methods for editing the avian cell genome. A number of papers have studied the possibility of modifying bird cells using various editing systems, in particular, ZFN (zinc finger nuclease), TALEN (transcription activator-like effector nucleases), and CRISPR/Cas9 (clustered regularly interspaced palindromic repeats). Promising areas of using this technology in poultry farming are the following: studying the genes functions (N. Véron et al., 2015), obtaining recombinant proteins in the egg white composition (I. Oishi et al., 2018), improving economically useful and productive qualities (J. Ahn et al., 2017), and increasing resistance to infectious diseases (A. Koslová et al., 2020; R. Hellmich et al., 2020). Chickens with knockout of genes of the heavy chain of immunoglobulin (B. Schusser et al., 2013; L. Dimitrov et al., 2016), ovomucin (I. Oishi et al., 2016), myostatin (G.-D. Kim et al., 2020), as well as an integrated human interferon beta gene (I. Oishi et al., 2018) were obtained using genome editing technology. Quail with knockout of myostatin genes (J. Lee et al., 2020) and melanophilin (J. Lee et al., 2019) were also obtained. A number of studies have shown the simplicity, safety and availability of using the CRISPR/Cas9 editing system for modifying the poultry genome. This allows us to consider this system as an effective tool for the creation and commercial use of breeds and lines of birds with improved qualities in the framework of the implementation of large-scale breeding programs aimed at improving the quality of the resulting poultry products.

Keywords: poultry, quail, chicken, transgenesis, genome editing, CRISPR/Cas9, primordial germ cells, germ cells.

 

ФГБНУ ФИЦ животноводства —
ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста,

142132 Россия, Московская обл., г.о. Подольск,
пос. Дубровицы, 60,
e-mail: natavolkova@inbox.ru ✉, anastezuya@mail.ru, n_zinovieva@mail.ru

Поступила в редакцию
27 сентября 2021 года

 

назад в начало

 


СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Полный текст PDF

Полный текст HTML