果蠅（Drosophila melanogaster）作為遺傳學及生物醫學領域的重要模式生物之一，為基因功能研究、發育生物學、疾病模型構建和藥物開發提供了不可或缺的研究平臺。然而，傳統基于轉座子（如P-element、piggyBac和Minos系統）的轉基因技術因隨機整合、位置效應和基因表達不穩定等局限性，正面臨嚴峻挑戰。因此，在過去近20年間，依賴PhiC31整合酶的外源基因定點整合技術憑借更高的精確性，逐漸成為全球約3000個果蠅實驗室廣泛使用的金標準。然而，PhiC31 技術的局限性也日益顯現，包括整合效率低、對基因大片段整合能力有限以及實驗操作繁瑣等問題。這不僅增加了實驗成本和研究周期，還限制了研究效率。在面對全基因組規模化篩選和高通量研究的需求背景下，開發更高效、更便捷的技術成為該領域的關鍵突破方向。

近日，上海科技大學高冠軍團隊與蘇州大學張雪迪團隊合作，在Nucleic Acids Research期刊在線發表了題為

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

通過對百萬級微生物基因組的系統性生物信息學分析和實驗篩選驗證，研究團隊成功開發了一種基于PAI新型整合酶介導的高效轉基因系統。實驗結果顯示，PAI 系統在約 10 kb 基因大片段定點整合實驗中的轉基因成功率高達 62%，較傳統 PhiC31 系統效率提升近 10 倍（一個數量級）。更重要的是，PAI 系統能夠高效整合高達 32 kb 的外源基因大片段，而 PhiC31 系統在整合 15 kb 以上片段時效率顯著下降甚至完全失敗。該技術的突破為復雜基因組研究及超大基因片段的精準整合提供了全新可能。

PAI整合酶的鑒定及PAI介導的高效轉基因技術

為進一步提升PAI系統的應用靈活性，研究團隊還開發了覆蓋果蠅三大染色體的多個靶位點菌株，包括常用的 PAI-attP40（第2染色體）和PAI-attP2（第3染色體）。實驗驗證表明，這些靶位點在 15 kb 基因大片段整合實驗中效率卓越，與傳統 PhiC31 系統相比，PAI 系統在整合效率方面表現出明顯優勢。這不僅為研究者提供了更多選擇，同時顯著簡化了實驗流程，為高通量研究提供了強有力的技術保障。此外，PAI 系統還展現出與前沿基因編輯技術的良好兼容性。研究表明，PAI 系統可無縫結合 CRISPR 等基因編輯工具，用于精準操控基因調控網絡。在器官發育調控及疾病模型構建等領域，PAI 系統展現出強大的應用潛力。

總之，PAI系統的開發不僅極大提高了果蠅轉基因的效率，還為基因超大片段的精準整合提供了前所未有的技術方案。這一突破將加速遺傳學研究進程，在功能基因組學、疾病模型構建和高通量篩選等領域具有深遠意義。為推動該前沿技術的普及，研究團隊免費開放PAI-attP 工具果蠅供全球學術研究使用。

上海科技大學生命學院高冠軍和蘇州大學基礎醫學院張雪迪為本文共同通訊作者。

原文鏈接：https://doi.org/10.1093/nar/gkaf317

制版人： 十一

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