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研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種CRISPR-Cas9新方法，使蟑螂基因編輯成為可能。相關(guān)成果近日發(fā)表于開放科學(xué)期刊《細(xì)胞報(bào)告方法》。

這項(xiàng)簡單而有效的技術(shù)被命名為“直接親本”CRISPR (DIPA-CRISPR)。該技術(shù)將物質(zhì)注入卵子正在發(fā)育的成年雌性體內(nèi)，而不是注入胚胎本身。

“在某種意義上，昆蟲研究人員擺脫了注射卵子的煩惱。”論文通訊作者、日本京都大學(xué)的Takaaki Daimon說，“我們現(xiàn)在可以更自由、更隨意地編輯昆蟲基因組。原則上，這種方法應(yīng)適用于90%以上的昆蟲種類。”

目前，昆蟲基因編輯方法通常需要將材料注射到早期胚胎中，這嚴(yán)重限制了其在許多物種中的應(yīng)用。例如，由于蟑螂獨(dú)特的生殖系統(tǒng)，過去研究未能實(shí)現(xiàn)對它們的基因操作。

此外，昆蟲基因編輯通常需要昂貴的設(shè)備、針對每個(gè)物種的特定實(shí)驗(yàn)裝置和高技能的實(shí)驗(yàn)室人員。“傳統(tǒng)方法存在的問題困擾著希望對多種昆蟲進(jìn)行基因組編輯的研究人員。”Daimon說。

為了克服這些限制，Daimon和合作者將Cas9核糖核蛋白(RNPs)注射到成年雌性蟑螂的主體腔中，使發(fā)育中的卵細(xì)胞發(fā)生遺傳突變。結(jié)果表明，基因編輯效率(編輯個(gè)體占孵化個(gè)體總數(shù)的比例)可高達(dá)22%。在赤擬谷盜中，DIPA-CRISPR的效率達(dá)到50%以上。此外，研究人員通過聯(lián)合注射單鏈寡核苷酸和Cas9 RNPs產(chǎn)生了甲蟲基因敲入，但效率較低，有待進(jìn)一步提高。

研究人員認(rèn)為，DIPA-CRISPR在兩個(gè)進(jìn)化距離較遠(yuǎn)的物種上的成功應(yīng)用顯示了其廣泛應(yīng)用的潛力。但這種方法并不直接適用于包括果蠅在內(nèi)的所有昆蟲。

此外，實(shí)驗(yàn)表明，成功與否的最關(guān)鍵因素是被注射的成年雌性。因此，DIPA-CRISPR需要人們對昆蟲卵巢發(fā)育有很好的了解。考慮到昆蟲的不同生活史和繁殖策略，這對某些物種來說可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。

盡管存在這些限制，DIPA-CRISPR是可訪問的、高度實(shí)用的，并且可以很容易地在實(shí)驗(yàn)室實(shí)施，進(jìn)而將基因編輯應(yīng)用擴(kuò)展到廣泛的模型和非模型昆蟲物種中。該技術(shù)只需要小型設(shè)備進(jìn)行注射，而且只需要cas9蛋白和單導(dǎo)RNA兩種成分，極大地簡化了基因編輯的程序。此外，商業(yè)化的標(biāo)準(zhǔn)Cas9可以用于成年昆蟲注射，省去了費(fèi)時(shí)的蛋白質(zhì)定制工程。

“通過改善DIPA-CRISPR方法使其更有效和通用，我們或許能夠?qū)缀跛械?50萬種昆蟲進(jìn)行基因組編輯，開創(chuàng)一個(gè)可以充分利用昆蟲神奇生物功能的未來。”Daimon說，“原則上，也有可能使用類似的方法編輯其他節(jié)肢動物基因組，包括農(nóng)業(yè)和醫(yī)療害蟲，如螨和蜱，以及重要的漁業(yè)資源，如蝦和蟹。”(作者：馮維維)