“直接親本”技術(shù)首次編輯蟑螂基因

科技日報北京5月16日電 （實習(xí)記者張佳欣）據(jù)16日《細(xì)胞報告方法》雜志上發(fā)表的一項研究，研究人員開發(fā)出一種CRISPR-Cas9基因編輯方法來實現(xiàn)對蟑螂的基因編輯。這項被稱為“直接親本CRISPR（DIPA-CRISPR）”的技術(shù)，可將材料注射到卵子正在發(fā)育的雌性成蟲體內(nèi)，而不是注入胚胎本身。

“從某種意義上說，昆蟲研究人員已經(jīng)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(xué)大門高明稱，“我們現(xiàn)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(yán)重限制了它在許多物種中的應(yīng)用。例如，由于蟑螂獨特的生殖系統(tǒng)，過去的研究就無法實現(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、針對每個物種的特定實驗裝置以及技術(shù)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(fā)育的卵細(xì)胞中引入可遺傳的突變。結(jié)果表明，DIPA-CRISPR基因編輯效率（被編輯個體占孵化個體總數(shù)的比例）可高達(dá)22%。在紅色面粉甲蟲體內(nèi)，效率達(dá)到50%以上。

DIPA-CRISPR在兩個進(jìn)化距離較遠(yuǎn)的物種中的成功應(yīng)用表明了其廣泛應(yīng)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(guān)鍵的參數(shù)是對成年雌性蟑螂注射的階段。因此，使用DIPA-CRISPR技術(shù)需要掌握良好的卵巢發(fā)育知識。考慮到昆蟲的不同生活史和繁殖策略，該技術(shù)在一些物種中的應(yīng)用可能具有挑戰(zhàn)性。

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

大門高明說，原則上，其他節(jié)肢動物也有可能用類似的方法進(jìn)行基因組編輯。這包括螨蟲和蜱蟲等農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥害蟲，以及蝦和螃蟹等重要漁業(yè)資源。

總編輯圈點

之前有一篇論文講到了對蜱蟲卵進(jìn)行基因編輯的麻煩之處：卵外部有硬殼；卵內(nèi)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(fù)雜的任務(wù)。既然如此，干脆去更源頭處解決問題——母體?？蒲腥藛T直接在雌蟲發(fā)育的卵細(xì)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(guī)模應(yīng)用，還需科研人員對各種昆蟲的生命史更為了解。