昆虫基因编辑获突破,新技术首次实现对蟑螂基因编辑

16日《细胞报告方法》杂志上发表的一项研究,研究人员开发出一种CRISPR-Cas9基因编辑方法来实现对蟑螂的基因编辑。这项被称为“直接亲本CRISPR(DIPA-CRISPR)”的技术,可将材料注射到卵子正在发育的雌性成虫体内,而不是注入胚胎本身。

“从某种意义上说,昆虫研究人员已经从将材料注射到卵子的烦恼中解脱出来了。”资深研究作者、日本京都大学大门高明称,“我们现在可更自由、更随意地编辑昆虫基因组。原则上,这种方法适用于90%以上的昆虫物种。”

目前的昆虫基因编辑方法通常需要将材料显微注射到早期胚胎中,这严重限制了它在许多物种中的应用。例如,由于蟑螂独特的生殖系统,过去的研究就无法实现对它们的基因操作。此外,昆虫基因编辑通常需要昂贵的设备、针对每个物种的特定实验装置以及技术精湛的实验室人员。

为了克服这些限制,研究人员将Cas9核糖核蛋白(RNP)注射到成年雌性蟑螂的主体腔中,以在发育的卵细胞中引入可遗传的突变。结果表明,DIPA-CRISPR基因编辑效率(被编辑个体占孵化个体总数的比例)可高达22%。在红色面粉甲虫体内,效率达到50%以上。

DIPA-CRISPR在两个进化距离较远的物种中的成功应用表明了其广泛应用的潜力。但这种方法并不直接适用于所有昆虫物种,包括果蝇。此外,实验表明,最关键的参数是对成年雌性蟑螂注射的阶段。因此,使用DIPA-CRISPR技术需要掌握良好的卵巢发育知识。考虑到昆虫的不同生活史和繁殖策略,该技术在一些物种中的应用可能具有挑战性。

尽管有局限性,但由于DIPA-CRISPR技术易于实现,它可将基因编辑的应用扩展到广泛的昆虫物种。该技术只需最少的注射设备,而且仅需两种成分——Cas9核糖核蛋白和单引导RNA,大大简化基因编辑程序。此外,商用的标准Cas9可用于成年昆虫注射,无需耗时的蛋白质定制工程。

大门高明说,原则上,其他节肢动物也有可能用类似的方法进行基因组编辑。这包括螨虫和蜱虫等农业和医药害虫,以及虾和螃蟹等重要渔业资源。

总编辑圈点

之前有一篇论文讲到了对蜱虫卵进行基因编辑的麻烦之处:卵外部有硬壳;卵内部渗透压高,卵囊被触碰时容易破裂;人类还没完全搞清楚它的胚胎生长阶段……将基因编辑材料注入到其它虫卵,自然也是个繁琐复杂的任务。既然如此,干脆去更源头处解决问题——母体。科研人员直接在雌虫发育的卵细胞中引入了可遗传的突变,让它们生下一定概率的被基因编辑过的昆虫宝宝,效率更高,一步到位。不过,这种方法要大规模应用,还需科研人员对各种昆虫的生命史更为了解。

 

 

来源:科技日报    

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