用CRISPR精确遗传控制害虫

【字体: 时间:2019年01月09日 来源:

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  加州大学圣地亚哥分校的科学家结合历史经验和现代基因技术,开发出一种新的方法来控制和抑制可能破坏农作物或传播致命疾病的昆虫数量。

  

利用CRISPR基因编辑工具,加州大学圣地亚哥分校和加州大学伯克利分校的Nikolay Kandul和Omar Akbari等人设计了一种改变昆虫性别决定和生育能力的关键基因的方法——精确引导不育昆虫技术(precision-guided sterile insect technique,pgSIT)。

文章发表在1月8日的《Nature Communications》杂志。研究人员报告,当pgSIT来源的虫卵被引入目标群体后,成年不育雄性出现。这就产生了一种新的、环境友好的、成本相对较低的控制害虫种群的方法。

Nikolay Kandul(左),Omar Akbari

“CRISPR技术使我们的团队有能力开发新的、有效的、物种特异的、自我限制的、安全的和可扩展的遗传种群控制技术,这种技术在面对大量害虫和虫媒疾病方面具有显著的开发利用价值,”加州圣地亚哥分校生物科学系助理教授Akbari说。“未来,我们坚信这项技术将安全地应用于该领域,抑制甚至根除目标物种,从而彻底改变昆虫的管理和控制方式。”

20世纪30年代以来,农业研究人员已经采用精选的方法将不育雄性昆虫放归野外,20世纪50年代,美国实施了一种利用受辐射雄性昆虫的方法来消灭被称为“新世界螺旋虫蝇”的一种害虫,这种昆虫吃动物的肉,并对牲畜造成广泛的损害。这种基于辐射的不育系昆虫制造在墨西哥和中美洲部分地区使用,并延续至今。

过去的一年半,Kandu和Akbari在果蝇模型中开发了pgSIT,精确地同时破坏雌性生存能力和雄性繁殖能力关键基因,而不是采用辐射。研究人员说,pgSIT能以100%的效率产生不育雄性后代,由于靶基因是跨多昆虫物种常见的,研究人员相信,这项技术可用于一系列昆虫,包括传播疾病的蚊子。

研究人员设想了一个系统,在这个系统中,科学家通过基因操纵目标害虫的卵,然后,这些卵被运送到世界上任何一个害虫泛滥的地方,避免了现场生产的设施需要。研究人员说,一旦卵被部署到虫害灾区,这些刚出生的不育雄性将与野外雌性交配,并继续产生不育后代,从而导致种群数量下降。

“这是一个有关古老技术的革新,”加州大学圣地亚哥分校生物科学系助理科学家Kandul说。“这种新颖的变化非常容易延伸至其他物种,例如传播疾病的蚊子和以珍贵葡萄酒葡萄为食的害虫。”

它有别于不断自我繁殖的“基因驱动”系统,后者通过一代一代地传播不断扩增基因改变。相反,pgSIT被认为是一个“死胡同”,雄性不育有效地关闭了后代的大门。

文章指出,pgSIT是一种环境安全且经过验证的技术。“这项工作如果扩展到其他害虫上,可能将是处理多种虫媒传播疾病,降低全球农业严重损失的普遍且非常有用的战略,”Tata遗传学和社会研究所全球总监Suresh Subramani评价。

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原文检索:Transforming insect population control with precision guided sterile males with demonstration in flies

(生物通:伍松)

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