Cell：上海科技大学池天团队绘制世界首张小鼠“扰动图谱”

早在2001年，国际人类基因组计划就公布了人类基因组序列。但目前为止，约两万个哺乳动物蛋白编码基因在500多种细胞中的功能仍鲜为人知。要解码这些基因的细胞特异性功能，必须将其分别在各种细胞中敲除（扰动）再鉴定其细胞表型，即描绘 “扰动图谱”。但用传统的基因打靶方法，无法快速有效地描绘扰动图谱，成为功能基因组学领域久攻不下的瓶颈。池天课题组里程碑式的成果为突破上述瓶颈、系统性解码全部基因在各种细胞中的功能，迈出了关键一步。

iMAP融合了Cre-loxP和CRISPR-Cas9技术，其核心组成部分是一个转基因序列，它由U6启动子和下游一串gRNA表达单位构成。转基因通常只表达第⼀个sgRNA，而利用药物（他莫昔芬）激活Cre，导致转基因重组，可使其余的sgRNA也得以表达，但每个细胞只随机表达其中⼀个。这些sgRNA可在Cas9的帮助下敲除相应的靶基因，从而将小鼠转化为嵌合体。利用这种嵌合体，可同时鉴定多个基因分别在多种细胞里的功能，也可衍生出多种传统的单基因敲除品系用于后续实验。（图1）

图1.iMAP原理。

研究团队首先构建了一个iMAP品系，它携带61个gRNA 表达单位，共靶向6个功能已知的标志基因。该品系证明了iMAP的鲁棒性，包括展示转基因起码能稳定传13代。随后构建的iMAP品系携带100个gRNA表达单位，靶向90个功能不甚清晰的基因，以此构建了一个微型扰动图谱，揭示了这90个基因分别在39个组织/细胞中对细胞存活、扩增、分化的影响。

图2. 微型扰动图谱。展示100个sgRNA分别在39个组织/细胞类型中的丰度。

研究团队还进一步通过简单的配繁，从iMAP鼠衍生出多个传统的单基因敲除品系，证明了iMAP 的另一重要用途。