Nucleic Acids Research | 高冠军/张雪迪团队联合突破果蝇转基因效率瓶颈

果蝇（Drosophila melanogaster）作为遗传学及生物医学领域的重要模式生物之一，为基因功能研究、发育生物学、疾病模型构建和药物开发提供了不可或缺的研究平台。然而，传统基于转座子（如P-element、piggyBac和Minos系统）的转基因技术因随机整合、位置效应和基因表达不稳定等局限性，正面临严峻挑战。因此，在过去近20年间，依赖PhiC31整合酶的外源基因定点整合技术凭借更高的精确性，逐渐成为全球约3000个果蝇实验室广泛使用的金标准。然而，PhiC31 技术的局限性也日益显现，包括整合效率低、对基因大片段整合能力有限以及实验操作繁琐等问题。这不仅增加了实验成本和研究周期，还限制了研究效率。在面对全基因组规模化筛选和高通量研究的需求背景下，开发更高效、更便捷的技术成为该领域的关键突破方向。

近日，上海科技大学高冠军团队与苏州大学张雪迪团队合作，在Nucleic Acids Research期刊在线发表了题为

A powerful and highly efficient PAI-mediated transgenesis approach in Drosophila

通过对百万级微生物基因组的系统性生物信息学分析和实验筛选验证，研究团队成功开发了一种基于PAI新型整合酶介导的高效转基因系统。实验结果显示，PAI 系统在约 10 kb 基因大片段定点整合实验中的转基因成功率高达 62%，较传统 PhiC31 系统效率提升近 10 倍（一个数量级）。更重要的是，PAI 系统能够高效整合高达 32 kb 的外源基因大片段，而 PhiC31 系统在整合 15 kb 以上片段时效率显著下降甚至完全失败。该技术的突破为复杂基因组研究及超大基因片段的精准整合提供了全新可能。

PAI整合酶的鉴定及PAI介导的高效转基因技术

为进一步提升PAI系统的应用灵活性，研究团队还开发了覆盖果蝇三大染色体的多个靶位点菌株，包括常用的 PAI-attP40（第2染色体）和PAI-attP2（第3染色体）。实验验证表明，这些靶位点在 15 kb 基因大片段整合实验中效率卓越，与传统 PhiC31 系统相比，PAI 系统在整合效率方面表现出明显优势。这不仅为研究者提供了更多选择，同时显著简化了实验流程，为高通量研究提供了强有力的技术保障。此外，PAI 系统还展现出与前沿基因编辑技术的良好兼容性。研究表明，PAI 系统可无缝结合 CRISPR 等基因编辑工具，用于精准操控基因调控网络。在器官发育调控及疾病模型构建等领域，PAI 系统展现出强大的应用潜力。

总之，PAI系统的开发不仅极大提高了果蝇转基因的效率，还为基因超大片段的精准整合提供了前所未有的技术方案。这一突破将加速遗传学研究进程，在功能基因组学、疾病模型构建和高通量筛选等领域具有深远意义。为推动该前沿技术的普及，研究团队免费开放PAI-attP 工具果蝇供全球学术研究使用。

上海科技大学生命学院高冠军和苏州大学基础医学院张雪迪为本文共同通讯作者。

原文链接：https://doi.org/10.1093/nar/gkaf317

制版人： 十一

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