包括基因敲除在内的各种基因修饰技术可以明确地将基因组信息与特定表型相关联，是生物学研究的重要工具，极大的推动了遗传学和功能基因组学等多学科的研究进展。那么，是否可以像基因敲除和敲入一样，对基因组上的特定表观遗传修饰进行精确的擦除或建立？这样的表观遗传学修饰技术能否在细胞或个体水平上建立特定的生物学表型，并有效的应用于表观遗传修饰的建立、遗传和调控机制研究？可以预见，类似技术的开发及其应用性的阐明，有望为表观遗传学研究提供新的重要的工具，极大的促进一些重要表观遗传学问题的解决。本申请项目拟依托于我们之前在单倍体胚胎干细胞和基因修饰动物模型方面的工作基础，建立一种能够在基因组特定区段靶向性建立或擦除DNA甲基化的方法，并利用该方法在细胞和动物水平上建立或修饰特定的生物学性状，同时探索DNA甲基化的跨代传递能力，从而为DNA甲基化研究提供新的工具和思路。

Genome editing technologies like gene knock-out can provide direct links between genotypes and phenotypes, and are widely used and play important roles in many areas including genetics and functional genomics. Thus it is interesting to develop targeted epigenetic editing tools similar to gene knock-out or knock-in. Moreover, it is interesting to test whether such tools can induce phenotypic changes at both cellular and animal levels, therefore providing an effective way to study the mechanisms underlying the establishment, inheritance and regulation of epigenetic modifications. It is foreseeable that such epigenetic editing tools with good practicability will provide a new approach for epigenetics research, and be widely used to solve the fundamental questions of epigenetics. In this project, we plan to develop a method that can targeted erase and rewrite DNA methylation on specific genome locus, based on our previous experience of haploid embryonic stem cells and genetically modified animal models. Moreover, we will test whether the targeted modification of DNA methylation could establish or alter the phenotypes of cells or animals, as well as whether the modified DNA methylations can be transmitted across generations. The success in developing such a method and further elucidating its practicability may provide new tools and insights for epigenetics research.

包括基因敲除在内的各种基因修饰技术可以明确地将基因组信息与特定表型相关联，是生物学研究的重要工具，极大的推动了遗传学和功能基因组学等多学科的研究进展。那么，是否可以像基因敲除和敲入一样，对基因组上的特定表观遗传修饰进行精确的擦除或建立？这样的表观遗传学修饰技术能否在细胞或个体水平上建立特定的生物学表型，并有效的应用于表观遗传修饰的建立、遗传和调控机制研究？可以预见，类似技术的开发及其应用性的阐明，有望为表观遗传学研究提供新的重要的工具，极大的促进一些重要表观遗传学问题的解决。本申请项目依托于我们之前在单倍体胚胎干细胞和基因修饰动物模型方面的工作基础，取得了以下研究成果：1）建立了基于单倍体干细胞基因修饰的新方法，能够实现高效的哺乳动物雌性个体间的“同性生殖”，为基因组印记研究和哺乳动物个体发育研究提供新平台。2）使用CRISPR-Cas9基因编辑辅助同源重组再杂交的方法获得了RNA甲基化转移酶Mettl3条件敲除小鼠，为RNA甲基化表观遗传修饰提供了新的研究工具。3）揭示了大鼠ESCs印记基因的甲基化丢失可能是导致大鼠ESCs四倍体补偿能力丧失的重要原因。4）建立了新的杆状病毒介导和穿透细胞膜RNA介导的CRISPR导入系统。这些结果为表观遗传学研究提供了新的研究工具与思路。