不孕不育成为继肿瘤、心脑血管疾病之外的第三大疾病，影响着全球约10%的夫妇。男性生殖细胞发育异常疾病包括畸形精子症（精子形态异常）、弱精子症（精子活力减弱）、少精子症（精子数量减少）和无精子症等；女性生殖细胞发育异常疾病包括卵母细胞成熟阻滞、卵巢功能不全、受精失败和早期胚胎停育等。通过高通量测序技术筛选临床不孕不育患者的潜在致病基因，再利用基因修饰小鼠模型进行候选基因的功能验证是确认致病基因的有效手段。然而目前常用的基因修饰小鼠建模技术存在基因型嵌合性和/或DNA双链断裂毒性损伤等副作用，需要多代繁育获得基因型单一的后代明确候选基因的功能，存在周期长等问题。
近日，复旦大学汪凌波研究员实验室在SCIENCE CHINA Life Sciences发表题为“Gene-knockout by iSTOP enables rapid reproductive disease modeling and phenotyping in germ cells of the founder generation”的研究论文，证明利用iSTOP在首建者小鼠中可以实现生育力相关基因的快速鉴定，并揭示雄性生殖必需基因Ccdc183及其调控精子鞭毛形成的作用机制，为验证不孕不育的遗传缺陷（如无义突变）提供了一种省时的方法，为不孕不育的遗传咨询、分子诊断和干预提供了重要理论依据。
该研究首先通过iSTOP构建了功能已知的男性不育致病基因Cfap43和女性不孕致病基因Zp3的无义突变小鼠模型，发现在首建者小鼠中出现了预期的表型：Cfap43突变的首建者小鼠重现了人类精子鞭毛多发形态异常（MMAF，一种严重精子运动综合征，其特征是精子鞭毛形态畸形），Zp3突变的首建者小鼠重现了卵子透明带缺失的表型。这些小鼠模型的表型与之前研究报道的表型一致, 证明了这个方法的可靠性。接着，作者团队又利用此方法构建了一个功能未知的睾丸特异性表达基因Ccdc183突变的小鼠模型，发现首建者小鼠雄性不育、精子运动力完全丧失、鞭毛形态严重受损，呈现典型的MMAF表型。而且首建者小鼠的表型与后代纯合子表型的一致，进一步证明了这个方法的有效性。
为了进一步研究Ccdc183的作用机制，作者团队通过基因组标签计划的蛋白标签敲入技术，构建了CCDC183-HA标签敲入小鼠模型。通过该HA敲入的标签小鼠，分析了CCDC183蛋白在睾丸中表达的时间与空间特征；通过免疫沉淀联合LC-MS/MS等方法揭示了CCDC183蛋白的互作网络，揭示其通过调节精子鞭毛外侧动力蛋白臂的装配与鞭毛相关蛋白的运输参与精子鞭毛生成。最后作者团队通过ICSI技术获得了Ccdc183突变小鼠的健康后代，证明ICSI可以挽救Ccdc183功能丧失导致的不孕不育。
复旦大学博士研究生汪亚玲、陈靖雯和同济大学博士研究生黄雪莹为该论文共同第一作者，复旦大学汪凌波研究员为该论文通讯作者。该研究得到了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心李劲松院士、复旦大学张锋教授、同济大学戴鹏研究员等人的大力支持和帮助。