ALK2基因敲除小鼠的飼養(yǎng)繁育與基因型鑒定①

高旭廣,張 雪,劉麒麟,鄭 嶸,孫宏晨,吳立鵬

(1.佳木斯大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院正畸科，黑龍江 佳木斯 154002;2.吉林大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院病理科,吉林 長(zhǎng)春 130000)

ALK2基因敲除小鼠的飼養(yǎng)繁育與基因型鑒定①

高旭廣1,張 雪2,劉麒麟2,鄭 嶸1,孫宏晨2,吳立鵬1

(1.佳木斯大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院正畸科，黑龍江 佳木斯 154002;2.吉林大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院病理科,吉林 長(zhǎng)春 130000)

目的：為了繁育和鑒定體內(nèi)ALK2基因被敲除的小鼠，特將從美國(guó)引進(jìn)的ALK2基因敲除小鼠進(jìn)行飼養(yǎng)繁育，繼續(xù)保種；以及初步探究激活素受體樣激酶2( Alk2)功能缺陷對(duì)出生后小鼠在生存能力、繁殖能力、主要組織器官的生長(zhǎng)狀態(tài)等方面的影響。方法：首先用Cre-loxp重組酶系統(tǒng)培育出ALK2條件基因敲除小鼠， 通過(guò)基因型鑒定篩選出實(shí)驗(yàn)組(基因型：Osx-Cre；Alk2fx/fx)和對(duì)照組(基因型：Osx-Cre；Alk2fx/+)。結(jié)果：成功飼養(yǎng)和繁殖出從美國(guó)引進(jìn)的小鼠，并成功從中篩選出ALK2基因敲除小鼠。結(jié)論：采用正確的飼養(yǎng)、繁殖及基因鑒定方法對(duì)篩選出基因敲除小鼠及繼續(xù)保種意義重大；初步探究小鼠ALK2基因敲除后小鼠的變化為進(jìn)一步深入研究小鼠的組織器官的生長(zhǎng)發(fā)育方面的變化及機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。

ALK2; 條件基因敲除; PCR; 繁殖

在過(guò)去幾十年里，學(xué)者們利用cre/loxp系統(tǒng)對(duì)ALK2在小鼠體內(nèi)的表達(dá)做了具體研究，這使人們?cè)絹?lái)越了解ALK2的功能，構(gòu)建出條件基因敲除的小鼠模型。ALK2作為BMPs的膜蛋白受體，具有以下特點(diǎn)：(1)廣泛表達(dá)于機(jī)體 各個(gè)部位及機(jī)體發(fā)育的各個(gè)時(shí)期。(2)具有功能特異性，ALK2在不同組織的作用也不同，甚至在同種細(xì)胞的不同階段也發(fā)揮著不同的作用，可以和多種BMP結(jié)合，不同的結(jié)合方式發(fā)揮著不同作用。因此，采用正確的方法對(duì)引進(jìn)的小鼠進(jìn)行飼養(yǎng)、繁育及篩選出ALK2基因敲除小鼠，對(duì)進(jìn)一步深入研究ALK2基因被敲除對(duì)小鼠的生長(zhǎng)發(fā)育變化的影響及其變化機(jī)理是非常重要的[1,2]。

1 材料和方法

1.1 材料

美國(guó)密歇根大學(xué)于吉教授惠贈(zèng)的3只體內(nèi)含有Osterix-cre酶的雌性小鼠和3只體內(nèi)含有Alk2fx/+的雄性小鼠。該小鼠的遺傳背景為C57BL/6。

1.2 方法

1.2.1 小鼠的飼養(yǎng)和繁殖

嚴(yán)格按照SPF級(jí)動(dòng)物飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)引進(jìn)小鼠進(jìn)行飼養(yǎng)，飼養(yǎng)于吉林大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心。屏障環(huán)境內(nèi)的溫度控制在19.5～25.5℃，濕度控制在42%～72%，光照周期：12h/12h[3]。小鼠的飼料墊料及飲水均經(jīng)過(guò)高溫高壓滅菌處理，對(duì)小鼠實(shí)行自由采食和自由飲水，對(duì)配種的小鼠定期給予滅菌后的葵花籽和蛋黃進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充，小鼠所用墊料每周更換兩次。由于從美國(guó)引進(jìn)的種鼠的數(shù)量較少，在飼養(yǎng)繁育的初期，我們采用一只雌鼠和一只雄鼠同居交配繁育的方式進(jìn)行繁殖[4]。

1.2.2 小鼠的基因型鑒定1.2.2.1 提取組織DNA[5]

首先，將實(shí)驗(yàn)所需的小剪刀、鑷子、離心管、槍頭等一系列器械進(jìn)行高壓滅菌。取材時(shí)操作者戴用無(wú)菌手套、口罩，于新生小鼠出生第3～5天時(shí)，將小鼠尾端組織剪斷置于離心管中，并標(biāo)記。每個(gè)離心管中各加入300μL 1×lysis buffer，置于100℃沸水中煮10min。冷卻至室溫后，將每個(gè)離心管中各加入5μL的蛋白酶K，并將離心管置于55℃恒溫的水浴箱中過(guò)夜。第2日早晨，離心管從水浴鍋中取出后將其放在100℃沸水中煮10min，然后將離心管轉(zhuǎn)移到心機(jī)中離心20min(33000r/min)[6]。

表1 PCR擴(kuò)增

注：反應(yīng)條件為：94℃×5min，1 cycle；92℃°C×30s，65℃×30s，72℃×60s，40 cycles；72°×5min，1 cycle。

1.2.2.2 瓊脂糖凝膠電泳

首先，用電子天平稱取0.6g瓊脂糖，將其加入盛有20mL電泳緩沖液的錐形瓶中，輕輕搖動(dòng)，將其混勻后用海綿蓋封蓋，然后將封好的錐形瓶放入微波爐中用低火加熱3min，至錐形瓶中的瓊脂糖完全溶解于緩沖液中。其次，從微波爐取出后，快速加入2μLEB，水平搖勻，防止有氣泡產(chǎn)生。將搖勻的瓊脂糖溶液緩慢均勻的倒入膠板中，并將梳子插入膠板中，水平靜置30min，待其凝固。然后輕輕從膠板中拔起梳子，將膠板放入裝有適量電泳液的電泳槽中，以備加樣之用。最后，將加好樣品的含3%瓊脂糖的膠板在電泳槽中電泳(120V，50min)，然后置入凝膠成像儀中進(jìn)行成像保存，觀察電泳條帶。

表2 酶切酶切體系體積

首先將引物及PCR產(chǎn)物等置于EP管中混勻，然后將EP管置于37℃的恒溫水浴鍋中加熱1h。其次，將EP管取出后，將其按順序加入到含有3%瓊脂糖的膠板中進(jìn)行電泳(120 V，50 min)。再次，用溴化乙啶染色。最后，將電泳及染色后的膠板放入凝膠成像儀中成像保存，觀察電泳條帶[7]。依照特定的基因條帶對(duì)各個(gè)小鼠的基因型進(jìn)行鑒定。見圖1。

1.2.3 繁育與純合子篩選

采用孟德爾經(jīng)典遺傳學(xué)進(jìn)行育種，并結(jié)合 PCR 技術(shù)對(duì)小鼠進(jìn)行繁育及基因型確定，進(jìn)而從中篩選出ALK2基因敲除小鼠。 將用于建系保種繁育的原代(G0)小鼠進(jìn)行配種繁殖以產(chǎn)生所需的后代。將出生 5d后的仔鼠行PCR 檢測(cè)，從中篩選出目標(biāo)小鼠。

1．3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用 Fisher 確切概率法檢測(cè)ALK2基因敲出對(duì)子代小鼠性別的影響并統(tǒng)計(jì)分析。P<0．05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2．1 小鼠的繁殖情況

從美國(guó)引進(jìn)的種鼠成功繁殖出子代幼鼠。 每只母鼠孕期為19～21d， 哺乳期為18～23d。 每胎平均產(chǎn) 6～12 只幼鼠，成活率>94%。

2．2 小鼠的生長(zhǎng)情況

幼鼠采用母鼠的母乳進(jìn)行喂養(yǎng)，哺乳期約21d，產(chǎn)后3周左右離乳。 對(duì)照組小鼠在形態(tài)上大于實(shí)驗(yàn)組。見圖5。

2．3 ALK2基因敲除小鼠繁育結(jié)果

選取雌性基因型為Osx-Cre；ALK2fx/+和雄性基因型為ALK2fx/fx成年小鼠合籠配對(duì)，新生小鼠中Osx-Cre；ALK2fx/fx基因型為實(shí)驗(yàn)組，Osx-Cre；ALK2fx/+為對(duì)照組。

圖1 ALK2基因敲除小鼠模型選定

2．4 小鼠基因型鑒定結(jié)果

將出生5d的同一窩的九只小鼠進(jìn)行編號(hào)， 取小鼠組織進(jìn)行PCR擴(kuò)增，經(jīng)鑒定基因型分別為： cre+-flox++：9號(hào)小鼠； cre+-flox+-：4號(hào)和8號(hào)小鼠； flox++：1號(hào)，2號(hào)，5號(hào)小鼠； flox+-： 3號(hào)，6號(hào)，7號(hào)小鼠。見圖2～4。

圖2 小鼠基因型測(cè)定(Cre電泳結(jié)果)

圖3 小鼠基因型測(cè)定(Flox電泳結(jié)果)

圖4 小鼠基因型測(cè)定(Bgli酶切結(jié)果)

圖5 實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組小鼠體型對(duì)比

3 討論

ALK2作為BMPs的膜蛋白受體，廣泛表達(dá)于機(jī)體各個(gè)部位及機(jī)體發(fā)育的各個(gè)時(shí)期，對(duì)機(jī)體有重要影響?；蚯贸夹g(shù)的方法隨著不斷的發(fā)展，從較早期的同源重組技術(shù)到近些年的CRISP/Cas9技術(shù)不斷的更新發(fā)展[8]。本實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)用基因敲除技術(shù)，通過(guò)Cre/loxp系統(tǒng)使小鼠體內(nèi)的特定的ALK2基因被敲除，從而使小鼠在生長(zhǎng)發(fā)育中表現(xiàn)出相關(guān)性狀。采用Cre-loxp基因敲除系統(tǒng)對(duì)小鼠的特定基因進(jìn)行敲除或使其缺失，進(jìn)而研究ALK2基因的結(jié)構(gòu)、功能及相關(guān)疾病。為了探討 ALK2基因在小鼠的生長(zhǎng)發(fā)育中的一系列作用，本實(shí)驗(yàn)特從美國(guó)密歇根大學(xué)于吉教授處引進(jìn)三只體內(nèi)含cre酶的雌性小鼠和三只體內(nèi)含有Alk2 fx/+ 的雄性小鼠。將此體內(nèi)含有 Osterix-cre 酶的雌性小鼠和體內(nèi)含有Alk2 fx/+的雄性小鼠各 1 只共 3 籠進(jìn)行合籠交配繁殖，其子代中選取基因型為cre+-flox++的做為實(shí)驗(yàn)組，選取基因型為cre+-flox+-的做為對(duì)照組。本實(shí)驗(yàn)中采用 PCR 技術(shù)對(duì)培育的新生小鼠進(jìn)行相關(guān)基因型鑒定 ，進(jìn)而從新生小鼠中篩選出ALK2基因敲除小鼠，為深入研究ALK2基因在小鼠的生長(zhǎng)發(fā)育中的作用，以及對(duì)不同器官組織細(xì)胞的作用機(jī)理的研究奠定了基礎(chǔ)。

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Breeding,reproducingandtypeidentificationforALK2geneknock-outmice

GAOXu-guang1，ZHANGXue2,LIUQi-lin2，ZHENGRong1，SUNHong-chen2，WULi-peng1

(1.Oral Medicine, Stomatological School of Jiamusi University,Jiamusi 154007,China;2.Oral pathology, Stomatological School of Jilin University,Changchun 130000,China)

ObjectiveBreeding,reproducing, and type identification for ALK2 gene knock-out mice were to preliminary discuss the effect of activated receptor kinase 2 (Alk2) defection to survival, reproduction, influence to the growth of tissues and organs.MethodCre-loxp recombination enzyme system was used to breed ALK2 conditional knockout mice. The mice were divided into experimental group (genotype:Osx-Cre; Alk2fx/fx) and control group (genotype: Osx-Cre; Alk2fx/+) at random.ResultsThe mice imported from the United States were raised and reproduced. ALK2 gene knock-out mice were screened successfully.ConclusionThe proper breeding, reproducing and genetic identification methods are important for screening gene knock-out mice and the preservation of genes; Preliminary investigation into the changes of ALK2 gene knockout mice had laid the foundation for further study on the changes and mechanism of the growth and development of tissue organs.

ALK2; conditional knockout; PCR; breeding

1.國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，編號(hào)：81500820；2.教育部基金項(xiàng)目，編號(hào)：20120061130010。

高旭廣(1989～)男，黑龍江綏化人，在讀碩士研究生，醫(yī)師。

吳立鵬(1963～)男，黑龍江富錦人，學(xué)士，主任醫(yī)師，教授，碩士研究生導(dǎo)師 。E-mail：WLPKQ@sina.com 。

Q344.+13

A

1008-0104(2017)06-0003-03

2017-06-14)