研究人員開發(fā)出針對全球作物害蟲的首個基因驅動

加利福尼亞大學圣地亞哥分校的生物學家已經(jīng)開發(fā)出一種操縱農(nóng)業(yè)害蟲基因的方法，這種基因已經(jīng)侵入美國大部分地區(qū)并對高價值的漿果和其他水果作物造成數(shù)百萬美元的損害。

由Anna Buchman在新的加州大學圣地亞哥分校昆蟲遺傳學教授Omar Akbari實驗室領導的研究描述了世界上第一個“基因驅動”系統(tǒng) - 一種操縱遺傳繼承的機制 -果蠅(Drosophila suzukii)，一種通常被稱為斑點的果蠅- 果蠅。

正如4月17日在美國國家科學院院刊上報道的那樣，Buchman和她的同事開發(fā)了一種基因驅動系統(tǒng)，稱為Medea(以殺死她后代的神話中的希臘女巫命名)，其中含有合成的“毒素”和相應的“解毒劑”。以近乎完美的效率顯著影響遺傳率。

“我們設計了一種基因驅動系統(tǒng)，可以極大地抑制這些果蠅的遺傳，并可以通過它們的種群傳播，”Buchman說。“它繞過了正常的遺傳規(guī)則。這是一種操縱這些侵入性害蟲種群的新方法，它們首先不屬于這里。”

這種高侵入性蒼蠅原產(chǎn)于日本，于2008年首次在西海岸被發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)已在40多個州報道。斑點翼果蠅使用一種稱為產(chǎn)卵器的尖銳器官來刺穿成熟果實，并將卵直接存放在作物內(nèi)，使其比僅在腐爛果實上產(chǎn)卵的其他果蠅果蠅更具破壞性。據(jù)報道，果蠅(Drosophila suzukii)僅為加利福尼亞樹莓業(yè)帶來了超過3900萬美元的收入損失，而美國每年的收入損失估計為7億美元。

在使用合成Medea系統(tǒng)的斑點翼果蠅的籠養(yǎng)實驗中，研究人員報告了在19代下降的群體中高達100%的有效遺傳偏差。

“例如，我們設想用活著的蒼蠅代替野生蒼蠅，但不能直接在藍莓中產(chǎn)卵，”Buchman說。

新的合成基因驅動系統(tǒng)的應用可以包括傳播遺傳元件，其賦予對某些環(huán)境因素(例如溫度)的易感性。例如，如果達到某個溫度，則經(jīng)修飾的斑點翅蠅內(nèi)的基因將觸發(fā)其死亡。其他種類的果蠅不會受到這種系統(tǒng)的影響。

“這是全球主要作物害蟲中的第一個基因驅動系統(tǒng)，”Akbari說，他最近將他的實驗室從UC Riverside搬到了加州大學圣地亞哥分校，研究開始了。“鑒于一些菌株表現(xiàn)出100%的非孟德爾傳播率，遠遠高于正常孟德爾傳播的50%，該系統(tǒng)將來可用于控制D. suzukii的種群。”

新基因驅動系統(tǒng)的另一種可能性是增強對農(nóng)業(yè)工業(yè)中已經(jīng)使用的環(huán)境友好型殺蟲劑的敏感性。

“我認為每個人都希望獲得質(zhì)量好的新鮮農(nóng)產(chǎn)品，這些農(nóng)產(chǎn)品沒有受到任何污染，也沒有用有毒農(nóng)藥進行處理，因此如果我們不處理果蠅果蠅，農(nóng)作物的損失將會繼續(xù)，并可能導致價格上漲，”Buchman說。“因此，這種基因驅動系統(tǒng)是一種生物友好，環(huán)保的方式，可以保護我們食物供應的重要部分。”

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