▲上科大生命科学与技术学院池天团队。（前排左1 陈玉鑫 前排左3 毛少帅 二排左5 荆征宇 二排左6 池天 二排左7 张校铭 三排 刘波）

昨天（7月22日），上海科技大学生命学院池天课题组在《细胞》（Cell）杂志在线发表论文，报道了一种崭新的小鼠基因打靶技术iMAP，快速鉴定了90个基因在39种组织的基本功能，构建了世界首张小鼠微型“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不为人知，这严重妨碍了疾病的诊断和治疗。

要系统性地解码全部基因在全部细胞中的功能，必须将其分别在各种细胞中敲除（扰动）再鉴定其细胞表型，即描绘完整的“扰动图谱”。

“扰动图谱”的完成，将成为生物医学研究的分水岭。此后，要探索任何基因的基本功能，将会像查找基因序列一样简单。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描绘完整扰动图谱迈出了从0到1的第一步。

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。

这种嵌合体可立即用于描绘扰动图谱，也可迅速、廉价地繁育出多种传统的单基因敲除品系。该品系不但可用于特定靶基因的后续深入研究，更可用于个体水平的表型筛选，从而与嵌合体优势互补，共同加速基因解码。

▲iMAP原理

iMAP诞生的背后是一场长达八年、历经六届学生前赴后继努力的科学“马拉松”。2014年，上海科技大学生命学院教授池天还在耶鲁大学，当时CRISPR基因编辑技术已问世，而池天又熟悉Cre-loxP。

他突发奇想，试图融合这两种技术，但同事并不看好。“有人不屑一顾，有人直呼疯狂，大多心存疑虑。”池天回忆，“这也不奇怪，因为iMAP太新了，是0到1，没有主流技术可以直接对标。就如同当年PCR概念萌芽后，甚至初步结果出来后，仍然在Cetus公司内部遭到冷遇，这好像不可思议，其实不难理解。”

iMAP的研发过程充满了艰辛和曲折。“我们踩了很多坑，有些坑很诡异。”为使同行避免重蹈覆辙，这些失败的实验，部分已于2年前以预印本形式发表。

经Ravinder Kaundal （耶鲁大学博士后）和陈玉鑫、毛少帅、刘波（分别是上科大生命学院2014、2015、2016级研究生）等的努力，到2018级博士生荆征宇加入课题组时，终于曙光初照，但道路依然坎坷。

除了学生非常给力，学校的大力支持也让池天的研究如鱼得水。

“我在耶鲁启动过其他数个像iMAP一样的高风险课题，但都因经费原因夭折了。而上科大鼓励教授勇于坐冷板凳，诺奖得主James Rothman也表示上科大适合我。所以我对学生说，课题必须做到底，论文非顶刊不发。”池天说。

据悉，研究团队构建了一个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。

▲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。

不但如此，研究团队还证明，一个iMAP品系的确可以衍生出多个传统的单基因敲除品系。

上海科技大学生命学院池天课题组2016级博士刘波（已毕业）、2018级博士生荆征宇、2019级博士生张校铭、2014级博士陈玉鑫（已毕业）、2015级博士毛少帅（已毕业）为本文共同第一作者，池天教授为唯一通讯作者。上海科技大学为第一完成单位。

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