研究人員發現蟑螂基因編輯方法適用90%以上昆蟲物種

2022-05-17 10:26:52來源：科技日報

據16日《細胞報告方法》雜志上發表的一項研究，研究人員開發出一種CRISPR-Cas9基因編輯方法來實現對蟑螂的基因編輯。這項被稱為“直接親本CRISPR(DIPA-CRISPR)”的技術，可將材料注射到卵子正在發育的雌性成蟲體內，而不是注入胚胎本身。

“從某種意義上說，昆蟲研究人員已經從將材料注射到卵子的煩惱中解脫出來了。”資深研究作者、日本京都大學大門高明稱，“我們現在可更自由、更隨意地編輯昆蟲基因組。原則上，這種方法適用于90%以上的昆蟲物種。”

目前的昆蟲基因編輯方法通常需要將材料顯微注射到早期胚胎中，這嚴重限制了它在許多物種中的應用。例如，由于蟑螂獨特的生殖系統，過去的研究就無法實現對它們的基因操作。此外，昆蟲基因編輯通常需要昂貴的設備、針對每個物種的特定實驗裝置以及技術精湛的實驗室人員。

為了克服這些限制，研究人員將Cas9核糖核蛋白(RNP)注射到成年雌性蟑螂的主體腔中，以在發育的卵細胞中引入可遺傳的突變。結果表明，DIPA-CRISPR基因編輯效率(被編輯個體占孵化個體總數的比例)可高達22%。在紅色面粉甲蟲體內，效率達到50%以上。

DIPA-CRISPR在兩個進化距離較遠的物種中的成功應用表明了其廣泛應用的潛力。但這種方法并不直接適用于所有昆蟲物種，包括果蠅。此外，實驗表明，最關鍵的參數是對成年雌性蟑螂注射的階段。因此，使用DIPA-CRISPR技術需要掌握良好的卵巢發育知識。考慮到昆蟲的不同生活史和繁殖策略，該技術在一些物種中的應用可能具有挑戰性。

盡管有局限性，但由于DIPA-CRISPR技術易于實現，它可將基因編輯的應用擴展到廣泛的昆蟲物種。該技術只需最少的注射設備，而且僅需兩種成分——Cas9核糖核蛋白和單引導RNA，大大簡化基因編輯程序。此外，商用的標準Cas9可用于成年昆蟲注射，無需耗時的蛋白質定制工程。

大門高明說，原則上，其他節肢動物也有可能用類似的方法進行基因組編輯。這包括螨蟲和蜱蟲等農業和醫藥害蟲，以及蝦和螃蟹等重要漁業資源。

總編輯圈點

之前有一篇論文講到了對蜱蟲卵進行基因編輯的麻煩之處：卵外部有硬殼;卵內部滲透壓高，卵囊被觸碰時容易破裂;人類還沒完全搞清楚它的胚胎生長階段……將基因編輯材料注入到其它蟲卵，自然也是個繁瑣復雜的任務。既然如此，干脆去更源頭處解決問題——母體。科研人員直接在雌蟲發育的卵細胞中引入了可遺傳的突變，讓它們生下一定概率的被基因編輯過的昆蟲寶寶，效率更高，一步到位。不過，這種方法要大規模應用，還需科研人員對各種昆蟲的生命史更為了解。

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