CN105684993A - GABAergic神经元条件性敲除基因PGC-1α小鼠模型及其构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种GABAergic神经元条件性敲除基因PGC-1α小鼠模型及其构建方法，属于动物模型及其应用领域；本发明首先获得PGC-1αflox/flox小鼠；然后利用PGC-1αflox /+与C57BL/6J交配得到PGC-1αflox/+，再将他们与Dlx5/6Cre-IRES-EGFP小鼠交配获得全敲Dlx5/6Cre-IRES-EGFP；PGC-1αflox/flox和半敲Dlx5/6Cre-IRES-EGFP；PGC-1αflox/+小鼠；结果成功制备在GABAergic中间神经元条件性敲除PGC-1α的基因敲除鼠，为神经发育及神经退行性疾病的机制研究提供一个可信的动物模型。
Description
技术领域
本发明涉及一种GABAergic神经元条件性敲除基因PGC-1α小鼠模型及其构建方法，属于动物模型及其应用领域。
背景技术
过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子-1α（peroxisomproliferator-activatedreceptor-γcoactivator-1，PGC-1α）作为转录辅激活因子在调控线粒体的合成及线粒体内与氧代谢有关的基因表达方面起着关键的作用。转录辅激活因子PGC-1α招募其他特异的转录因子，诱导组蛋白脱乙酰化，影响染色体结构改变并启动转录的发生（LinJ,WH.,TarrPT,ZhangCY,etal.Transcriptionalco-activatorPGC-1alphadrivestheformationofslow-twitchmusclefibres.Nature,2002,418:797-801.）。
在周围组织，PGC-1α以其能够诱导线粒体生物合成及抗氧化酶基因的转录而被定义为代谢调节靶点。在中枢神经***，PGC-1α主要存在于啮齿动物出生后神经发育早期的GABAergic中间神经元（LucasEK,DoughertySE,McMeekinLJ,etal.PGC-1αprovidesatranscriptionalframeworkforsynchronousneurotransmitterreleasefromparvalbumin-positiveinterneurons.JNeurosci,2014.34(43):14375-14387.），PGC-1α对于神经精神疾病的病理学机制的研究非常重要，研究发现舞蹈症病人的肌肉和脑组织中PGC-1α蛋白表达下调，大量帕金森氏综合症及舞蹈症患者死后的尸检结果亦证明PGC-1α蛋白表达异常，2014年，Fint课题组通过DNA测序比对了5303例中国抑郁症女性患者及5337例对照者，发现了编码线粒体能量代谢的重要基因PGC-1α的上游靶位SIRT1显著不同，该结果2015年6月在Nature上发表（LedfordH.Firstrobustgeneticlinkstodepressionemerge.Nature,2015.523:268-269.）。荧光共聚焦结果也已经证明在整个脑组织PGC-1α的蛋白表达与钙离子连接蛋白GABA特异性标志物小清蛋白共存（LucasEK,DoughertySE,McMeekinLJ,etal.DevelopmentalalterationsinmotorcoordinationandmediumspinyneuronmarkersinmicelackingPGC-1α.Plosone,2012.），小清蛋白对于诱导神经元发育存活及增加抗氧化酶的活性非常重要，PGC-1α作为转录辅激活因子，招募其他的转录因子形成转录复合物，调控抗氧化酶的形成，小清蛋白的基因转录，神经递质的释放及下游物质代谢相关靶位基因的转录、促进神经元的生长、发育及增加神经突触的可塑性。
PGC-1α-/-基因敲除鼠的子代基因型符合孟德尔遗传定律，故PGC-1α基因并非胚胎发育必不可少的基因，然而，仅有一半子代在出生后存活并进入成年。与PGC-1α+/+及PGC-1α+/-基因型相比，PGC-1α-/-基因鼠出生后2个月体重降低10%-15%（LinJD,WuP,TarrPT,etal.DefectsinadaptiveenergymetabolismwithCNS-linkedhyperactivityinPGC-1αnullmice.Cell,2004.119:121-135.）成活率下降，体重减少这些不利因素将妨碍利用PGC-1α基因敲除鼠研究该基因与神经精神疾病机制的关系。条件性基因敲除（Conditionalkonckout）技术可以有效克服常规基因敲除导致的胚胎期死亡，所以PGC-1α条件性敲除小鼠为研究PGC-1α在特定细胞、组织和器官中的功能提供了前提条件。本实验室引进PGC-1αflox/+条件性基因敲除小鼠，雌雄各2只，当前的研究就PGC-1αflox/+x小鼠鉴定、繁殖、保种以及在GABAergic中间神经元敲除PGC-1α基因小鼠的制备进行探讨。
发明内容
本发明克服了现有技术中在GABAergic中间神经元敲除PGC-1α基因小鼠制备的空缺，为神经发育及神经退行性疾病的机制研究提供一个可信的动物模型及该小鼠模型的构建方法。
本发明提供Dlx5/6Cre-IRES-EGFP；PGC-1αflox/flox基因敲除小鼠的制备、鉴定、繁殖和保种方法。
本发明提供一种GABAergic神经元条件性敲除基因PGC-1α小鼠模型。
本发明还提供一种GABAergic神经元条件性敲除基因PGC-1α小鼠模型的构建方法。
本发明还提供GABAergic神经元条件性敲除基因PGC-1α小鼠模型在研究神经发育及神经退行性疾病中的应用。
为达到上述目的，本发明采取如下技术手段：
本发明选择了Dlx5a/Dlx6a作为GABAergic中间神经元发育中的启动子，利用Cre/Loxp***成功构建了PGC-1α条件性基因敲除小鼠，通过Dlx5/6启动子驱动Cre重组酶在GABAergic中间神经元特异性表达，选择性敲除GABAergic中间神经元中的PGC-1α基因，进而研究PGC-1α与神经精神疾病的关系。
本发明所述的一种GABAergic神经元条件性敲除基因PGC-1α小鼠模型的构建方法，具体包括如下步骤：
（1）选用PGC-1αflox/+条件性基因敲除小鼠与PGC-1αflox/+条件性基因敲除小鼠交配，保种获得纯合子PGC-1αflox/flox小鼠和杂合子PGC-1αflox/+小鼠；
（2）将繁育获得的纯合子PGC-1αflox/flox小鼠和杂合子PGC-1αflox/+小鼠分别与SPF级
C57BL/6J小鼠交配，迅速扩大种群，得到杂合子PGC-1αflox/+小鼠；
（3）选用Dlx5/6Cre-IRES-EGFP小鼠与SPF级C57BL/6J小鼠交配，获得Dlx5/6Cre-IRES-EGFP转基因小鼠；
（4）将获得的PGC-1αflox/+小鼠、PGC-1αflox/flox小鼠分别与获得的Dlx5/6Cre-IRES-EGFP转基因小鼠交配，获得GABAergic神经元条件性敲除基因PGC-1α小鼠模型，即全敲Dlx5/6Cre -IRES-EGFP；PGC-1αflox/flox小鼠和半敲Dlx5/6Cre-IRES-EGFP；PGC-1αflox/+小鼠。
其中，所述步骤（1）、（2）、（3）包括进一步对所得到的小鼠利用特异性引物通过PCR方法进行基因型的鉴定。
所述步骤（1）和步骤（2）中进行基因型鉴定的引物均为：
引物8041：5’-TCCAGTAGGCAGAGATTTATGAC-3’和，
引物8491：5'-TGTCTGGTTTGACAATCTGCTAGGTC-3’。
所述步骤（3）中进行基因型鉴定为通过双重PCR筛选鉴定，所述进行基因型鉴定的引物为：
引物8041：：5’-TCCAGTAGGCAGAGATTTATGAC-3’和
引物8491：5'-TGTCTGGTTTGACAATCTGCTAGGTC-3’；
引物oIMR1084：5'-GCGGTCTGGCAGTAAAAACTATC-3'和
引物oIMR1085：5'-GTGAAACAGCATTGCTGTCACTT-3'。
其中，所述的Dlx5/6Cre-IRES-EGFP小鼠在GABAegic中间神经元中表达Cre重组酶；Dlx5/6Cre-IRES-EGFP小鼠转入了0.5kb包含id6/id5增强子、Beta-珠蛋白增强子和增强绿色荧光融合蛋白EGFP片段。
本发明的有益效果：
（1）小鼠只有在表达Cre重组酶的GABAergic的中间神经元才能敲除基因PGC-1α，基因型为Dlx5/6Cre-IRES-EGFP；PGC-1αflox/flox，在没有Cre表达的其他组织细胞中该基因型仍然为PGC-1αflox/flox，因此本发明实现了GABAergic的中间神经元特异性敲除PGC-1α，避免了PGC-1α全敲除造成的存活率下降、体重减低等缺点。
（2）PGC-1α的基因敲除鼠将为神经发育及神经退行性疾病的机制研究提供一个可信的动物模型，与PGC-1α+/+及PGC-1α+/-基因型相比，PGC-1α-/-鼠出生后2个月体重降低10%-15%，这些不利因素将限制研究该基因与神经精神疾病的关系；然而，本发明的条件性基因敲除技术可以有效克服上述缺点。本发明选择了Dlx5a/Dlx6a作为GABAergic中间神经元发育中的启动子，利用Cre/Loxp***成功构建了PGC-1α条件性基因敲除小鼠，通过Dlx5/6启动子驱动Cre重组酶在GABAergic中间神经元特异性表达，选择性敲除GABAergic中间神经元中的PGC-1α基因，进而研究PGC-1α与神经精神疾病的关系。因此，PGC-1α条件性基因敲除小鼠将具有广阔的应用前景。
（3）条件性基因敲除小鼠的交配比较繁琐，不同交配方式获得组织细胞特异性基因敲除小鼠所需的时间，耗费的精力不同，由于从美国引进的条件性敲除小鼠为杂合子，本发明为了快速获得足够数量的在GABAergic中间神经元中敲除PGC-1α基因的小鼠，一方面利用PGC-1αflox/+与PGC-1αflox/+交配保种获得纯合子PGC-1αflox/flox，另一方面利用PGC-1αflox/+与C57BL/6J交配来迅速扩大种群，得到更多的杂合子PGC-1αflox/+，当获得较多数量的PGC-1αflox/+及PGC-1αflox/flox后，通过与Dlx5/6Cre-IRES-EGFP小鼠交配获得大量的全敲Dlx5/6Cre-IRES-EGFP；PGC-1αflox/flox和半敲Dlx5/6Cre-IRES-EGFP；PGC-1αflox/+小鼠，这种交配方式的优点是即可以迅速扩大种群，节省时间精力，又可以获取杂合子敲除小鼠，从而可以检测杂合子敲除小鼠是否有表型。如果杂合子没有表型，可以通过杂合子半敲小鼠Dlx5/6Cre-IRES-EGFP；PGC-1αflox/+之间的杂交得到更多的纯合子全敲小鼠Dlx5/6Cre-IRES-EGFP；PGC-1αflox/flox，如果杂合子有表型，则最好用杂合子半敲小鼠作为对照，可以研究杂合子小鼠的表型究竟是Cre引起还是该基因本身的生理功能，从而更加准确的证明该基因的功能以及基因剂量与基因功能的关系。
附图说明
图1：引进PGC-1αflox/+小鼠PCR基因鉴定结果，图中泳道1、2、5、6为鉴定的四只效果的结果，泳道3、4、7、8为对照组小鼠结果，M为DNA分子标记Marker；
图2：PGC-1αflox/+小鼠的扩增、保种示意图；
图3：繁育扩增获得PGC-1αflox/flox及PGC-1αflox/+小鼠PCR基因鉴定结果，图中泳道1、2、3、4、6为PGC-1αflox/+、PGC-1αflox/flox小鼠分别与C57BL/6J小鼠交配所得子代小鼠基因型鉴定结果，泳道5和7为对照、不加模板的扩增结果，M为DNA分子标记Marker；
图4：繁育扩增获得Dlx5/6Cre-IRES-EGFP转基因小鼠荧光显微镜鉴定；
图5：繁育扩增获得Dlx5/6Cre-IRES-EGFP转基因小鼠PCR基因鉴定结果，图中泳道1-5为所鉴定小鼠的结果，M为DNA分子标记Marker；；
图6：Dlx5/6Cre-IRES-EGFP；PGC-1αflox/flox，Dlx5/6Cre-IRES-EGFP；PGC-1αflox/+小鼠的繁殖示意图；
图7：Dlx5/6Cre-IRES-EGFP；PGC-1αflox/flox，Dlx5/6Cre-IRES-EGFP；PGC-1αflox/+小鼠的基因鉴定结果，图中泳道1-6为所鉴定小鼠的结果，最右边泳道为DNA分子标记Marker。
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面通过具体实施例和附图进一步进行说明。
实施例1：条件性基因敲除小鼠的引进及饲养
1.1实验动物
PGC-1αflox/+条件性基因敲除小鼠，品系名称B6.129-Ppargc1αtm2Brsp/JNju，购于美国JacksonLab，雌雄各2只。Dlx5/6Cre-IRES-EGFP由东南大学赵春杰教授惠赠，雌雄各2只，该小鼠在GABAegic中间神经元中表达Cre重组酶；Dlx5/6Cre-IRES-EGFP转基因小鼠转入了0.5kb包含id6/id5增强子、Beta-珠蛋白增强子和增强绿色荧光融合蛋白EGFP（Enhancedgreenfluorescentfusionprotein）片段。SPF级C57BL/6J小鼠购于江苏大学实验动物中心[许可证编号：SCxk（苏）2015-0001]。
αflox/+小鼠的饲养
PGC-1αflox/+小鼠的饲养按照SPF动物饲养标准执行，经隔离观察未见异常后进入饲养区，严格按照SPF动物管理相关规定进行实验操作。
实施例2：PGC-1αflox/+小鼠鉴定、种群扩增及保种
2.1PGC-1α条件性敲除小鼠基因组DNA的提取
将购于美国JacksonLab的雌雄小鼠进行交配，子代采取剪取脚趾编号方法（剪取出生后5-6天的子鼠的脚趾），从后肢到前肢，从右到左依次编号。剪取的脚趾组织用于提取基因组DNA。基因组DNA提取大致步骤如下：（1）取小鼠脚趾（按1-10的顺序）放入1.5mLEP管中，适当离心30s使其沉于管底。（2）加入30μL裂解液（0.5%20%Tween-20,1MKCL50mM,1MMgCl215mM,1MTris-HCl2.5mM,pH8.0，用前加200μg/mL蛋白酶K3μL），（3）55℃消化3-5h,12,000rpm离心2min,95℃,15min，灭活蛋白酶K，12,000rpm离心2min，所获得的上清中DNA用于PCR模板，-20℃保存，用于基因型鉴定。
α条件性敲除小鼠基因型鉴定
PGC-1α条件性敲除小鼠基因型中，3-5号外显子两端含有2个loxp序列，采用引物进行小鼠基因型鉴定；引物序列根据已公开的小鼠PGC-1α基因序列为模板，根据美国JacksonLab所提供信息，引物序列具体设计如下：
引物8041：5’-TCCAGTAGGCAGAGATTTATGAC-3’和
引物8491：5'-TGTCTGGTTTGACAATCTGCTAGGTC-3’。
PCR反应条件为：95℃5min；94℃30s，58℃35s，72℃45s35个循环；72℃3min；16℃保存。PCR产物行2％琼脂糖凝胶电泳。电泳完成后用BioRad凝胶电泳成像仪照相。
以SPF级C57BL/6J小鼠为对照组，以常规PCR方法对4只小鼠进行鉴定，扩增结果显示有360bp和400bp两条带的为杂合子PGC-1αflox/+小鼠，仅有400bp一个条带的为纯合子PGC-1αflox/flox小鼠，仅有360bp的为对照组野生型小鼠。
PCR鉴定照片见图1，显示扩增出360bp和400bp两条带的为杂合子PGC-1αflox/+小鼠（泳道1、2、5、6），而扩增出一条360bp条带的为野生型小鼠（对照组，泳道3、4、7、8）。
αflox/+小鼠扩增与保种
①引进的PGC-1αflox/+小鼠与PGC-1αflox/+交配后得到的后代包括PGC-1αflox/+杂合子、PGC-1αflox/flox纯合子及野生型PGC-1α+/+小鼠（如图2A）；
②PGC-1αflox/+小鼠与C57BL/6J小鼠交配后得到的后代包括PGC-1αflox/+杂合子及野生型PGC-1α+/+小鼠，用于扩增及保种（如图2B）。
2.4PGC-1αflox/+小鼠扩增子代的鉴定
引进的PGC-1αflox/+小鼠与PGC-1αflox/+小鼠交配成功，保种，并获得PGC-1αflox/flox、PGC-1αflox/+及野生型小鼠；繁育获得的PGC-1αflox/+及PGC-1αflox/flox小鼠分别与C57BL/6J小鼠交配，获得更多的PGC-1αflox/+小鼠，后代的基因型符合孟德尔遗传定律。对其后代进行鉴定，鉴定结果如图3所示，PCR扩增仅得到一条400bp的条带的为纯合子PGC-1αflox/flox小鼠（泳道4），仅得到一条360bp的条带的为野生型PGC-1α+/+小鼠（泳道2、3、6），扩增得到360bp和400bp两条条带的为杂合子PGC-1αflox/+小鼠（泳道1），其中泳道5和7为对照，不加模板，加引物，其他均相同条件下的扩增结果，目的是排除假阳性的出现。
实施例3：Dlx5/6Cre-IRES-EGFP小鼠基因型鉴定及扩增
Dlx5/6Cre-IRES-EGFP小鼠转入了0.5kb包含了id6/id5增强子、Beta-珠蛋白增强子和增强绿色荧光融合蛋白EGFP（Enhancedgreenfluorescentfusionprotein）片段。Dlx5/6Cre-IRES-EGFP小鼠与C57BL/6J小鼠交配后得到的后代理论上包括Dlx5/6Cre-IRES-EGFP转基因小鼠和野生型小鼠。
对于GABAergic中间神经元特异性表达Cre重组酶的转基因小鼠由于转入了EGFP，在子鼠出生后1-2天，把幼鼠放置荧光显微镜上，通过蓝光激发，可以透过头盖骨看到小鼠颅内是否转入Cre重组酶（转入则能看到绿色的荧光蛋白），如图4所示，图4中可见，图A、B、C三幅图中均有绿色荧光出现，表示这些小鼠已转入Cre重组酶。
扩增鉴定Cre引物为oIMR1084和oIMR1085，根据Cre基因序列为模板设计。PCR扩增能得到一条100bp的条带的为Dlx5/6Cre-IRES-EGFP转基因小鼠，如图5所示，图中，泳道1-5表示所鉴定的小鼠结果，图中可见，泳道2、3、5鉴定为Dlx5/6Cre-IRES-EGFP转基因小鼠；M为DNA分子标记Marker。
引物oIMR1084和oIMR1085的序列分别为：
oIMR1084：5'-GCGGTCTGGCAGTAAAAACTATC-3'和
oIMR1085：5'-GTGAAACAGCATTGCTGTCACTT-3'。
以常规PCR扩增的方法进行鉴定，PCR反应条件为：94℃3min；94℃30s，51.7℃1min，72℃1mins35个循环；72℃2min；10℃保存。PCR产物行2％琼脂糖凝胶电泳。电泳完成后用BioRad凝胶电泳成像仪照相。
实施例4：GABAergic中间神经元条件性敲除PGC-1α纯合子小鼠的交配策略及鉴定方法
实施例2鉴定得到的PGC-1αflox/flox和PGC-1αflox/+小鼠与实施例3鉴定得到的在GABAergic中间神经元特异性表达Cre重组酶的小鼠Dlx5/6Cre-IRES-EGFP交配后，Cre重组酶可以特异性识别PGC-1α基因3-5号外显子的两个loxp序列，条件性敲除两个loxp序列中间的PGC-1α基因3-5号外显子。PGC-1αflox/flox和PGC-1αflox/+小鼠分别与Dlx5/6Cre-IRES-EGFP交配后，出生后代通过双重PCR筛选鉴定：
PGC-1α条件性敲除小鼠基因型，采用引物8041，8491进行小鼠基因型鉴定，引物8041和8491的序列分别为：5’-TCCAGTAGGCAGAGATTTATGAC-3’和5'-TGTCTGGTTTGACAATCTGCTAGGTC-3’。扩增鉴定Cre引物为oIMR1084和oIMR1085。引物oIMR1084和oIMR1085的序列分别为:5'-GCGGTCTGGCAGTAAAAACTATC-3'和5'-GTGAAACAGCATTGCTGTCACTT-3'。PCR结果显示Cre阳性（PCR扩增能得到一条100bp的条带），目的蛋白扩增出400bp的小鼠记为Dlx5/6Cre-IRES-EGFP、PGC-1αflox/flox；Cre阳性（PCR扩增能得到一条100bp的条带），目的蛋白扩增出360和400bp两条条带的小鼠记为和Dlx5/6Cre-IRES-EGFP、PGC-1αflox/+；鉴定结果如图7所示，图中可见，泳道1、2、4表示得到的是目的小鼠，为纯合子敲除小鼠，Cre阳性；泳道3、5表示得到的是杂合子小鼠，半敲除小鼠，Cre阳性；泳道6表示得到的是杂合子小鼠，Cre阴性。
SEQUENCELISTING
<110>江苏大学
<120>GABAergic神经元条件性敲除基因PGC-1α小鼠模型及其构建方法
<130>GABAergic神经元条件性敲除基因PGC-1α小鼠模型及其构建方法
<160>4
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<210>1
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<213>人工序列
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<212>DNA
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Claims (7)
1.一种GABAergic神经元条件性敲除基因PGC-1α小鼠模型。
2.一种GABAergic神经元条件性敲除基因PGC-1α小鼠模型的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）选用PGC-1αflox/+条件性基因敲除小鼠与PGC-1αflox/+条件性基因敲除小鼠交配，保种获得纯合子PGC-1αflox/flox小鼠和杂合子PGC-1αflox/+小鼠；
（2）将繁育获得的纯合子PGC-1αflox/flox小鼠和杂合子PGC-1αflox/+小鼠分别与SPF级
C57BL/6J小鼠交配，迅速扩大种群，得到杂合子PGC-1αflox/+小鼠；
（3）选用Dlx5/6Cre-IRES-EGFP小鼠与SPF级C57BL/6J小鼠交配，获得Dlx5/6Cre-IRES-EGFP转基因小鼠；
（4）将获得的PGC-1αflox/+小鼠、PGC-1αflox/flox小鼠分别与获得的Dlx5/6Cre-IRES-EGFP转基因小鼠交配，获得GABAergic神经元条件性敲除基因PGC-1α小鼠模型，即全敲Dlx5/6Cre -IRES-EGFP；PGC-1αflox/flox小鼠和半敲Dlx5/6Cre-IRES-EGFP；PGC-1αflox/+小鼠。
3.根据权利要求2所述的一种GABAergic神经元条件性敲除基因PGC-1α小鼠模型的构建方法，其特征在于，所述步骤（1）、（2）、（3）包括进一步对所得到的小鼠利用特异性引物通过PCR方法进行基因型的鉴定。
4.根据权利要求3所述的一种GABAergic神经元条件性敲除基因PGC-1α小鼠模型的构建方法，其特征在于，所述步骤（1）和步骤（2）中进行基因型鉴定的引物均为：
引物8041：5’-TCCAGTAGGCAGAGATTTATGAC-3’和，
引物8491：5'-TGTCTGGTTTGACAATCTGCTAGGTC-3’。
5.根据权利要求3所述的一种GABAergic神经元条件性敲除基因PGC-1α小鼠模型的构建方法，其特征在于，所述步骤（3）中进行基因型鉴定为通过双重PCR筛选鉴定，所述进行基因型鉴定的引物为：
引物8041：：5’-TCCAGTAGGCAGAGATTTATGAC-3’和
引物8491：5'-TGTCTGGTTTGACAATCTGCTAGGTC-3’；
引物oIMR1084：5'-GCGGTCTGGCAGTAAAAACTATC-3'和
引物oIMR1085：5'-GTGAAACAGCATTGCTGTCACTT-3'。
6.根据权利要求2所述的一种GABAergic神经元条件性敲除基因PGC-1α小鼠模型的构建方法，其特征在于，所述Dlx5/6Cre-IRES-EGFP小鼠在GABAegic中间神经元中表达Cre重组酶；Dlx5/6Cre-IRES-EGFP小鼠转入了0.5kb包含id6/id5增强子、Beta-珠蛋白增强子和增强绿色荧光融合蛋白EGFP片段。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的GABAergic神经元条件性敲除基因PGC-1α小鼠模型，其特征在于，所述小鼠模型在研究神经发育及神经退行性疾病中的应用。
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