PNAS：基于CRISPR/cas9的基因驅(qū)動可以抑制農(nóng)業(yè)害蟲
摘要：研究人員首次使用基因驅(qū)動系統(tǒng)來抑制一種重要的農(nóng)業(yè)害蟲。
根據(jù)北卡羅來納州立大學(xué)的一項新研究，研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種基于CRISPR/Cas9的“歸巢基因驅(qū)動系統(tǒng)”，可以用來抑制斑翅果蠅 Drosophila suzukii 的數(shù)量。這種果蠅是一種所謂的“spotted-wing Drosophila”，會破壞北美、歐洲和南美洲部分地區(qū)的軟皮水果。
北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員開發(fā)了雙CRISPR基因驅(qū)動系統(tǒng)，針對一種特定的斑翅果蠅基因，這種基因被稱為doublesex，對果蠅的性發(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)源于細菌免疫系統(tǒng)，它可以識別并摧毀病毒和其他入侵者，目前正在開發(fā)中，作為人類、植物和動物健康問題的解決方案，以及其他用途。
北卡羅來納州昆蟲學(xué)家Max Scott是這篇《美國國家科學(xué)院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)研究的論文通訊作者，他說，在許多實驗中，以doublesex為目標(biāo)導(dǎo)致雌性不育，因為雌性無法產(chǎn)卵。
圖1 研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種基于CRISPR/Cas9的“歸巢基因驅(qū)動系統(tǒng)”
Scott說:“這是第一次在農(nóng)業(yè)害蟲中進行所謂的歸巢基因驅(qū)動，可能用于抑制害蟲。”
基因驅(qū)動可以優(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”給后代，有時導(dǎo)致將這些變化傳遞給后代的幾率遠遠超過50%。
“基因驅(qū)動意味著有偏見的遺傳，”Scott說。
研究人員使用一種熒光紅色蛋白來標(biāo)記果蠅基因藍圖或基因組中CRISPR/Cas9基因變化的存在。該論文稱，基因驅(qū)動系統(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)模型來預(yù)測基因驅(qū)動系統(tǒng)在實驗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:“因為doublesex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)動策略可以用于其他害蟲。”
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，并且用類似的方法減少了新世界螺旋蠅（New World screwworm fly.）的實驗室數(shù)量。
接下來的步驟包括在北卡羅來納州進行試驗。
“我們正在做群體飼育箱 population cage抑制實驗。我們希望了解以1:4的比例反復(fù)釋放果蠅是否會像模型所顯示的那樣抑制飼育箱里的果蠅數(shù)量，”Scott說。
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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