靶向 dsx 基因的分裂驱动系统用于控制入侵疟蚊斯蒂芬按蚊的挑战与突破

为解决入侵疟蚊斯蒂芬按蚊（Anopheles stephensi）传播疟疾的问题，研究人员开展了针对 dsx 基因的地理局限型基因驱动系统研究。结果显示该驱动虽能超孟德尔比率归巢，但会降低雌雄蚊子生育力。这为疟疾防控基因驱动研究提供了重要参考 。

　　疟疾，一种由疟原虫引发、经按蚊叮咬传播的全球性重大传染病，严重威胁着人类的生命健康。在众多传播疟疾的按蚊中，斯蒂芬按蚊（Anopheles stephensi）是一个 “狠角色”。它原本主要活跃在南亚和阿拉伯半岛，可自 2012 年起，竟 “大举入侵” 东非多个国家。与非洲本土那些偏好乡村环境的疟疾传播 “主力” 按蚊不同，斯蒂芬按蚊对城市环境有着更强的适应能力，这使得城市疟疾传播风险剧增，之前疟疾传播率低甚至没有疟疾传播的城市，如今也陷入危机。比如在吉布提市，斯蒂芬按蚊就 “搅得” 疟疾疫情再度抬头，在埃塞俄比亚也引发了至少一次疟疾爆发。如果对它的扩散不加控制，非洲大陆在疟疾消除方面多年的努力可能会前功尽弃，新增 1.26 亿人面临疟疾威胁。

目前，控制疟疾最有效的手段是针对蚊子这一传播媒介进行防控，但现有的方法并不足以实现疟疾的根除。在此背景下，基于 CRISPR/Cas9 的归巢基因驱动技术（homing gene drives）成为了科研人员眼中的 “希望之星”。基因驱动就像一种 “遗传作弊器”，能让特定的基因以远超正常孟德尔遗传的速度在种群中扩散，即便携带一定的适应度代价也不影响其传播。然而，传统的自主归巢基因驱动存在弊端，它可能会不受控制地扩散到目标种群以外，引发环境、监管和伦理方面的诸多问题。

为了应对这些挑战，来自英国皮尔布赖特研究所（The Pirbright Institute）、约克大学（University of York）等机构的研究人员，在 Mireia Larrosa-Godall、Michelle A. E. Anderson 和 Luke Alphey 等人的带领下，开展了一项针对斯蒂芬按蚊的研究。他们试图开发一种地理局限型基因驱动系统，将目标锁定在 doublesex（dsx）基因上，dsx 基因在性别决定过程中起着关键作用（它能通过可变剪接产生雄性和雌性特异性转录本，调控昆虫的性别分化形态特征） ，之前在冈比亚按蚊（Anopheles gambiae）的研究中发现，干扰 dsx 基因的雌性特异性异构体（dsx^F）可导致昆虫出现不育的雌雄间性表型，有望用于种群抑制。研究成果发表在《Parasites & Vectors》杂志上。

研究人员运用了多种关键技术方法。首先是基因编辑技术，利用 CRISPR/Cas9 系统构建了靶向 dsx 基因的质粒。他们设计了表达 gRNA 的 AGG2073 质粒和表达 Cas9 的 AGG2288 质粒，并将其导入斯蒂芬按蚊胚胎，获得转基因蚊子品系。其次，通过一系列实验交配，评估基因驱动的归巢率和对蚊子生殖 fitness 的影响。还运用了分子生物学技术，如 PCR 扩增、Sanger 测序来鉴定转基因插入，以及 RACE 技术分析 dsx 基因的剪接情况。

下面来看具体的研究结果：

1. 构建针对 Asdsx^F的种群抑制分裂驱动：研究人员成功通过同源定向修复（HDR）插入标记和 gRNA 表达盒，破坏了 Asdsx 的雌性特异性异构体。对 dsx^gRNA杂合子进行杂交后发现，其后代中出现了预期孟德尔比例的野生型、杂合子和纯合子蚊子。纯合子雌性蚊子呈现出雌雄间性表型，具备雄性特征，如羽状触角、变宽的触须和抱握器等；纯合子雄性蚊子有一半发育正常，另一半也出现了雌雄间性特征。不过，该转基因对幼虫到成虫的存活率没有显著影响。
2. Cas9 表达品系与 dsx^gRNA品系的兼容配对可诱导高水平的遗传偏向：将 dsx^gRNA杂合子与表达 Cas9 的转基因品系杂交，结果显示，表达 Cas9 和 gRNA 的个体存活率未受影响。但 F₁代中，从母本获得 Cas9 的雌性杂合子出现了不同程度的雌雄间性表型。筛选后对 F₁代杂合子与野生型蚊子进行杂交，发现 F₂代中 dsx^gRNA等位基因的遗传率极高，远超预期的孟德尔遗传率 50% 。不过，F₁代雌性杂合子的生育力显著降低，尤其是当 Cas9 从母本遗传时，影响更为明显，而雄性杂合子的生殖表型没有明显变化。
3. 转基因存在时 dsx^M和 dsx^F的经典剪接受干扰可能与生育力降低有关：研究人员通过 RACE 技术分析 dsx 基因的剪接情况，发现斯蒂芬按蚊的 dsx 基因存在多种异构体。在野生型雄性中，有经典的剪接异构体和保留内含子的异构体；在纯合子雄性中，经典异构体消失，出现了转录通过内含子并进入转基因的异构体，这可能导致雄性特异性 Dsx^M蛋白 C 端截断，进而影响生育力。在野生型雌性中，鉴定出四种异构体；纯合子雌性中，除了部分野生型异构体，也出现了转录通过 dsx^gRNA盒或剪接到转基因的异构体，这可能是导致雌性出现雌雄间性表型和生育力下降的原因。

综合研究结果和讨论部分，这项研究意义重大。一方面，研究人员首次在斯蒂芬按蚊中构建了种群抑制分裂驱动系统，证明了在分裂驱动系统中使用基于 Aszpg 的表达可获得高归巢率。但另一方面，该驱动系统存在明显缺陷，即会降低雌雄蚊子的生育力和繁殖 fitness，这可能会削弱其在野生种群中的传播能力。这表明，不同蚊子物种的基因功能存在差异，将已有的基因控制工具应用于其他蚊子物种时需要谨慎。后续研究应进一步探索 dsx 基因在斯蒂芬按蚊中的功能，寻找更合适的 Cas9 表达启动子，以减少对蚊子生育力的影响，提高基因驱动的效率和可行性，为疟疾防控提供更有效的策略 。