【小強末日?!】日團隊首成功基因編輯蟑螂 或為害蟲控制闢新方法

最新刊於《細胞報告方法 (Cell Reports Methods) 》的研究指,成功以 CRISPR-Cas9 基因編輯技術修改了蟑螂的基因,是人類史上首次製造出有人工滅活基因的蟑螂 (knockout cockroach) 。

研究可以大大簡化許多其他昆蟲的基因編輯,開闢更多害蟲控制、演化生物學和其他昆蟲學的實際應用。

CRISPR-Cas9 屬一種可以靶向和改變生物體 DNA 的技術,因可精確地剪開基因片段所以又稱為「基因剪刀」;技術啟發自細菌的免疫系統與相關蛋白質,並已為演化生物學和疾病治療途徑提供大量重要發現,徹底改變了遺傳學發展方向,研發技術的 Emmanuelle Charpentier 和 Jennifer Doudna 亦因此獲得了 2020 年諾貝爾化學獎。

過去已有學者通過在胚胎發育過程中將 CRISPR 顯微材料,注射到胚胎 (embryo) 中來編輯一些昆蟲的基因。然而,這種技術對包括蟑螂在內的大量無法獲得胚胎的物種都是「禁區」。

是次由京都大學昆蟲生理學實驗室研究生白井雄領導的團隊將遺傳物質注入成年雌性蟑螂中﹛以克服上述的限制,團隊將這種方法命名為「直接親代 CRISPR (DIPA-CRISPR) 」。

學界一直在努力將 CRISPR 應用於蟑螂,因為蟑螂會產下堅硬卵莢保護受精卵數天或數週,直到後代孵化。根據研究,由於這種獨特的繁殖系統,將遺傳物質注入非常早期的胚胎中是「不切實際」的,因此迄今為止還沒有實現對蟑螂的任何基因編輯。

團隊受到蚊子和黃蜂身上實現這種技術的類似研究啟發,嘗試將 Cas9 核糖核蛋白注入成熟的雌性蟑螂體內。在進行了幾項將眼睛顏色基因引入德國姬蠊 (Blattella germanica) 的實驗後,研究小組發現高達 21.8% 的後代遺傳了人工基因突變,而這些「基因突變」的後代在交配後也會將人工突變傳遞給再下一代,使製造出有人工滅活基因的蟑螂成為可能。

此外團隊發現,當將 DIPA-CRISPR 應用於赤擬谷盜 (Tribolium castaneum) 這種棗紅色甲蟲時,多達 50% 的後代繼承了人工突變基因。

團隊在論文中指出,現時被描述的逾 150 萬種昆蟲,是多樣性的寶庫,代表著無限可能性。研究建立並改善了一種簡單有效的成蟲注射基因編輯方法,更重要是方法可在任何實驗室輕鬆施用,並直接應用於多種非模式昆蟲物種。原則上,其他節肢動物也有可能使用類似的方法進行基因組編輯,當中包括蟎蟲和蜱等農業和醫療害蟲,以及蝦和蟹等重要漁業資源。

來源:

Vice, Scientists Use Gene Editing to Create Mutant Cockroaches in Breakthrough

報告:

Shirai, Y., Piulachs, M., Belles, X. & Daimon, T. (2022). DIPA-CRISPR is a simple and accessible method for insect gene editing. Cell Reports Methods. doi: 10.1016/j.crmeth.2022.100215

文/AC、審/WL

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