PNAS：基于CRISPR/cas9的基因驅(qū)動(dòng)可以抑制農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)
摘要：研究人員首次使用基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)抑制一種重要的農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)。
根據(jù)北卡羅來(lái)納州立大學(xué)的一項(xiàng)新研究，研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種基于CRISPR/Cas9的“歸巢基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)”，可以用來(lái)抑制斑翅果蠅 Drosophila suzukii 的數(shù)量。這種果蠅是一種所謂的“spotted-wing Drosophila”，會(huì)破壞北美、歐洲和南美洲部分地區(qū)的軟皮水果。
北卡羅來(lái)納州立大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了雙CRISPR基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，針對(duì)一種特定的斑翅果蠅基因，這種基因被稱(chēng)為doublesex，對(duì)果蠅的性發(fā)育很重要。CRISPR的意思是“排列有序的短回文重復(fù)序列”，Cas9是一種像分子剪刀一樣切割DNA的酶。CRISPR系統(tǒng)源于細(xì)菌免疫系統(tǒng)，它可以識(shí)別并摧毀病毒和其他入侵者，目前正在開(kāi)發(fā)中，作為人類(lèi)、植物和動(dòng)物健康問(wèn)題的解決方案，以及其他用途。
北卡羅來(lái)納州昆蟲(chóng)學(xué)家Max Scott是這篇《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)研究的論文通訊作者，他說(shuō)，在許多實(shí)驗(yàn)中，以doublesex為目標(biāo)導(dǎo)致雌性不育，因?yàn)榇菩詿o(wú)法產(chǎn)卵。
圖1 研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種基于CRISPR/Cas9的“歸巢基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)”
Scott說(shuō):“這是第一次在農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)中進(jìn)行所謂的歸巢基因驅(qū)動(dòng)，可能用于抑制害蟲(chóng)。”
基因驅(qū)動(dòng)可以?xún)?yōu)先選擇、改變或刪除特定的特征或特征，并將這些編輯“驅(qū)動(dòng)”給后代，有時(shí)導(dǎo)致將這些變化傳遞給后代的幾率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)50%。
“基因驅(qū)動(dòng)意味著有偏見(jiàn)的遺傳，”Scott說(shuō)。
研究人員使用一種熒光紅色蛋白來(lái)標(biāo)記果蠅基因藍(lán)圖或基因組中CRISPR/Cas9基因變化的存在。該論文稱(chēng)，基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將這種熒光蛋白傳遞給了94-99%的后代。
研究人員還使用數(shù)學(xué)模型來(lái)預(yù)測(cè)基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室飼育箱中抑制特定果蠅種群的效率。該模型顯示，每4只“野生”果蠅(非轉(zhuǎn)基因)釋放一只轉(zhuǎn)基因果蠅，就可以在大約8到10代內(nèi)減少果蠅的數(shù)量。
Scott說(shuō):“因?yàn)閐oublesex是如此保守的基因，在如此多的果蠅物種中，雌性的發(fā)育都需要這種基因，我認(rèn)為歸巢基因驅(qū)動(dòng)策略可以用于其他害蟲(chóng)。”
Scott和他的合作者先前成功地用一種只產(chǎn)生雄性的菌株抑制了斑翅果蠅的數(shù)量，并且用類(lèi)似的方法減少了新世界螺旋蠅（New World screwworm fly.）的實(shí)驗(yàn)室數(shù)量。
接下來(lái)的步驟包括在北卡羅來(lái)納州進(jìn)行試驗(yàn)。
“我們正在做群體飼育箱 population cage抑制實(shí)驗(yàn)。我們希望了解以1:4的比例反復(fù)釋放果蠅是否會(huì)像模型所顯示的那樣抑制飼育箱里的果蠅數(shù)量，”Scott說(shuō)。
參考資料：
[1] CRISPR-Cas9 based split homing gene drive targeting doublesex for population suppression of the global fruit pest Drosophila suzukii
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