Primordiale kiemcel (PGC)-gemedieerde kiemlijnoverdracht is de meest efficiënte methode om genetische informatie over te dragen aan de volgende generatie bij vogels 1,2,3. Germline-chimera's, gedefinieerd als individuen die zowel donor- als gastheer-afgeleide kiemcellen dragen, maken overdracht van donorgenetisch materiaal naar nakomelingen mogelijk, wat toepassingen ondersteunt in transgenese, functionele genomica en het behoud van bedreigde soorten 4,5,6,7,8. In tegenstelling tot benaderingen die vertrouwen op blastodermale cellen, bieden PGC-gemedieerde strategieën een hogere efficiëntie en reproduceerbaarheid van de kiemlijnen, waardoor ze goed geschikt zijn voor nauwkeurige genetische manipulatie.
Bij vogelsoorten ontspringen PGC's in de centrale pellucida-regio van het blastoderm bij Eyal-Giladi en Kochav (EGK) stadium X9 en migreren vervolgens naar de kiemmaans via Hamburger en Hamilton (HH) stadium 4 tot10. Tussen HH-stadia 9 en 12 circuleren PGC's via embryonale bloedvaten voordat ze zich vestigen in de gonadale richel 11,12,13. Dit onderscheidende migratiepatroon maakt isolatie van PGC's in meerdere stadia mogelijk, waaronder de kiemhalve maan, circulerend bloed en de gonaden14. Opmerkelijk is dat PGC's die uit HH-stadium 26-28 geslachtsorganen zijn geoogst en in HH-stadium 14-17 ontvangerembryo's zijn getransplanteerd, aangetoond optimale kiembaarcompetentie en engraftmentefficiëntie te vertonen, wat een praktisch kader biedt voor gestandaardiseerde toepassing van dit protocol.
PGC's kunnen in vitro worden onderhouden en uitgebreid, terwijl de identiteit van de kiemlijn en de overdrachtsmogelijkheid behouden blijven, waardoor ze worden gebruikt voor stabiele genetische modificatie. PGC-gemedieerde productie van kiemlijnchimera is gebruikt om transgene vogels te genereren die recombinante eiwitten tot expressie brengen, de kiemlijnlijn traceren, geslachtsbepalingsroutes manipuleren en resistentie tegen infectieziekten verleen 6,15,16,17,18,19. Bovendien faciliteert PGC-transplantatie de interspecies kiemlijnoverdracht en het behoud van bedreigd vogelgermplasma 7,8,20,21,22,23, en PGC-cryopreservatie maakt langdurige genetische hulpbronnenbehoudmogelijk 24,25.
Hoewel andere stamceltypen, waaronder embryonale stamcellen (ESCs)26,27,28,29, geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSCs)30,31,32 en spermatogoniële stamcellen (SSCs)33,34, zijn onderzocht voor vogelkiemlijnmodificatie, blijft hun transmissie-efficiëntie van kiemlijnen lager dan die van PGC-gebaseerde systemen, die momenteel als de meest worden beschouwd betrouwbare bron van kiemlijn-competente cellen.
In kiemlijnchimera-studies is de keuze van donorras cruciaal om donor-afgeleide kiemcellen te onderscheiden van gastheer-afgeleide cellen. De Koreaanse Ogye Kip (KOC) bezit het recessieve i/i-allel dat verantwoordelijk is voor zwarte huid en veren, dat gemakkelijk te onderscheiden is van de White Leghorn-lijn met het dominante I/I-allel 35,36. Dit zichtbare verschil maakt ondubbelzinnig identificatie van donorafgeleide nakomelingen mogelijk tijdens de analyse van kiemlijnoverdracht, terwijl het ook het behoud van biodiversiteit ondersteunt vanwege de inheemse genetische waarde van KOC.
Al met al biedt PGC-gemedieerde kiemlijnchimeraproductie een robuust platform voor vogelbiotechnologie (Figuur 1). Door het specificeren van de optimale donor- (HH26-28) en ontvangerfase (HH14-17) en het integreren van gedefinieerde kweek- en validatiestappen, maakt dit protocol efficiënte kiemlijnoverdracht mogelijk en biedt het een praktisch kader voor de generatie van transgene en genoom-bewerkte vogels, evenals het behoud van waardevolle genetische vogels.