CRISPR technology of genome editing helps to manipulate the offspring sex ratio in mice

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Development of technologies for producing mainly single-sex progeny is urgently needed for many areas of agriculture and laboratory research that require animals of predominantly one sex. Such technologies would reduce economic costs and address ethical concerns about culling animals of undesired sex. For some species with external fertilization, it is possible to manipulate the offspring sex ratios by changing the temperature or acidity of the environment where the fertilization occurs. However, these methods are not suitable for animals in which sex is determined by a set of sex chromosomes, such as mammals. In this case, breeding systems using genome editing technologies, such as CRISPR-Cas9, can help. This review describes the results of three recent studies on laboratory mice that present different approaches to producing male-only and female-only litters.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. Yu. Kulibin

Koltzov Institute of Developmental Biology of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: Kulibin.A.BKRJ@gmail.com
Russian Federation, Moscow, 119334, ul. Vavilova 26

References

  1. Астауров Борис Львович (1904–1974) // Выдающиеся ученые Института. Виртуальный музей Института биологии развития им. Н. К. Кольцова РАН. http://museum.idbras.ru/?show=content32
  2. Rath D., Tiedemann D., Gamrad L., Johnson L.A. et al. Sex-sorted boar sperm — an update on related production methods. // Reproduction in domestic animals. 2015. Vol.50, Suppl 2. P. 56–60.
  3. Yin L., Maddison L.A., Li M., Kara N. et al. Multiplex conditional mutagenesis using transgenic expression of Cas9 and sgRNAs. // Genetics. 2015. Vol.200, № 2. P. 431–441.
  4. Galizi R., Hammond A., Kyrou K., Taxiarchi C. et al. A CRISPR-Cas9 sex-ratio distortion system for genetic control. // Sci. Rep. 2016. Vol.6. P. 31139.
  5. Zhang Z., Niu B., Ji D., Li M. et al. Silkworm genetic sexing through W chromosome-linked, targeted gene integration. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2018. Vol.115, № 35. P. 8752–8756.
  6. Fasulo B., Meccariello A., Morgan M., Borufka C., Papathanos P.A., Windbichler N. A fly model establishes distinct mechanisms for synthetic CRISPR/Cas9 sex distorters. // PLoS Genet. 2020. Vol.16, № 3. P.e1008647.
  7. Yosef I., Edry-Botzer L., Globus R., Shlomovitz I. et al. A genetic system for biasing the sex ratio in mice. // EMBO Rep. 2019. Vol.20, № 8. P.e48269.
  8. Ran F., Hsu P., Wright J. et al. Genome engineering using the CRISPR-Cas9 system. // Nat. Protoc. 2013. Vol.8. P. 2281–2308.
  9. Douglas, C., Maciulyte, V., Zohren, J. et al. CRISPR-Cas9 effectors facilitate generation of single-sex litters and sex-specific phenotypes. // Nat. Commun. 2021. Vol.12. P. 6926.
  10. Morham S.G., Kluckman K.D., Voulomanos N., Smithies O. Targeted disruption of the mouse topoisomerase I gene by camptothecin selection. // Mol. Cell Biol. 1996. Vol.16, № 12. P. 6804–6809.
  11. Yosef I., Mahataa T., Chenb Y., Bar-Joseph H. et al. Engineering mice for female-biased progeny without impacting genetic integrity and litter size. (preprint)// bioRxiv. 2024. https://doi.org/10.1101/2023.11.21.568055
  12. McCutcheon S.R., Rohm D., Iglesias N., Gersbach C. A. Epigenome editing technologies for discovery and medicine. // Nature Biotechnology. 2024. Vol.42. P. 1199–1217.
  13. Zheng H., Stratton C.J., Morozumi K., Jin J., Yanagimachi R., Yan W. Lack of Spem1 causes aberrant cytoplasm removal, sperm deformation, and male infertility. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007. Vol.104, № 16. P. 6852–6857.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Scheme of the experiment to obtain offspring from females only, based on the work (Yosef et al., 2019).

Download (269KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Schemes for obtaining offspring from only females (A) and only males (B) according to the article (Douglas et al., 2021).

Download (498KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Scheme of sperm selection for sexual characteristics to obtain all-female mouse litters according to (Yosef et al., 2024). All cells of the transgenic males, including early germ cells, contain a Y chromosome and, in the absence of tetracycline in the drinking water, express a genetic construct that suppresses the expression of the Spem1 gene (blue rectangle). Spem1 is expressed only in haploid germ cells formed as a result of meiotic divisions, a special type of division characteristic only of developing male and female germ cells, leading to a reduction in the number of chromosomes by half and the formation of haploid gametes. In some haploid gametes containing the X chromosome (top), the Spem1 gene is active (green rectangle), and in those containing the Y chromosome (bottom), it is blocked (red rectangle). As a result, X-containing gametes develop normally, while Y-containing gametes either die or become abnormal.

Download (425KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».