PNAS: 利用基因编辑CRISPER/Cas9让埃及伊蚊雄性不育，从而控制蚊子数量
蚊子是人类最大的敌人之一，估计每年会将感染传染给近7亿人，造成100多万人死亡。
加州大学圣巴巴拉分校杰出教授克雷格·蒙特尔（Craig Montell）在一项控制埃及伊蚊种群的技术上取得了突破，埃及伊蚊是一种传播登革热、黄热病、寨卡病毒和其他病毒的蚊子。这项发表在《美国国家科学院院刊》上的研究记录了首次使用CRISPR/Cas9基因编辑技术来针对雄性蚊子中与生育能力相关的特定基因。研究人员随后能够辨别这种突变是如何抑制雌性蚊子的生育能力的。
Montell和他的合著者正在努力改进一种称为无菌昆虫技术（SIT）的病媒控制方法。为了管理种群，科学家们饲养了许多不育的雄性昆虫。然后它们释放这些雄性的数量超过了它们的野生同类。这个想法是，在找到一个可育的雄性之前与不育雄性交配的雌性本身就变得不育，从而减少了下一代的体型。重复这种技术几次有可能使人口崩溃。更重要的是，因为每一代都比上一代小，所以随着时间的推移，释放同样数量的不育雄性具有更强的效果。
SIT已被证明能有效地管理许多农业害虫，包括地中海果蝇（地中海果蝇），这是加利福尼亚州的一种主要害虫。也有人试图用一个。埃及蚊子起源于非洲，但由于气候变化和全球旅行的影响，埃及蚊子已经侵入世界许多地区。
在过去，科学家们用化学物质或辐射对雄性A。埃及。”有足够多的基因会影响生育能力，只要随机地爆破大量的基因，就会导致男性不育。然而，这些化学物质或辐射对动物的健康影响如此之大，以至于它们与雌性交配不太成功，这削弱了昆虫不育技术的有效性。
Montell认为必须有一个更有针对性的方法，减少附带损害。他和他的同事们，包括第一作者陈洁妍和罗俊杰，着手在蚊子体内突变一种基因，这种基因会导致雄性不育，而不会影响昆虫的健康。他们发现最好的候选是b2微管蛋白（B2t）；果蝇相关B2t基因的突变是导致雄性不育的原因之一。
研究人员使用CRISPR / Cas9敲除了雄性埃及埃及伊蚊中的B2I基因。 他们发现，突变的雄性没有产生精子，但是与以前的努力不同的是，不育的螺柱在其他方面是完全健康的。 关于是否需要使精子蚊子不育而需要精子（尽管是雄性不育的精子有缺陷），还是需要精液的转移。
在一个实验中，研究人员将15只突变的雄性引入一组15只雌性中，持续24小时。然后，他们把B2t雄性换成15只野生型雄性，然后把它们留在那里。”基本上，所有的雌性都保持不育。这证实了B2t雄性能在不产生精子的情况下抑制雌性的生育能力。
接下来，研究小组着手确定时机是如何发挥作用的。他们让雌性动物与变异雄性动物接触不同的时间。科学家们注意到30分钟后几乎没有变化，但此后女性生育能力迅速下降。Montell注意到雌性平均交配两次，甚至在头10分钟。这向他表明，女性必须与许多不育男性交配，然后才能使自己不育。
将雌鼠与B2t雄鼠结合4小时，可使雌鼠的生育率降至正常水平的20%。8小时后，这个数字开始稳定在10%左右。
根据时间试验得出的结论，研究小组试图在更自然的条件下模拟坐姿。他们将不同比例的B2t和野生型雄性同时加入15只雌性的群体中，持续一周，并记录雌性的生育率。大约5或6个不育雄性与一个野生型雄性的比率使雌性生育率降低一半。15:1的比例将生育率抑制在20%左右，而这一比例趋于平稳。
蒙特尔说，现在埃及伊蚊的数量可以很容易地从生育率下降80%的情况下反弹回来。SIT的成功来自于不育雄性随后的连续释放，每次释放都比最后一次更有效，因为不育雄性在人口中所占的比例不断增加。
蒙特尔计划继续调查蚊子的交配行为和生育能力。他们正在设计一种方法来保持B2t雄性蚊子的数量，这样它们就只能在野外而不是在实验室里不育。此外，他们还在研究雄性交配行为，以发现抑制蚊子数量的新方法。
蒙特尔说：“我们对研究埃及伊蚊行为的许多方面非常感兴趣，因为这些蚊子影响了那么多人的健康。”每年都有一场由蚊子传播的疾病引起的大流行。”
“当CRISPER/Cas9在几年前问世时，它提供了新的机会去做你以前做不到的事情，”他继续说因此，现在似乎是我们开始研究埃及伊蚊的时候了。”
More information: Jieyan Chen el al., "Suppression of female fertility in Aedes aegypti with a CRISPR-targeted male-sterile mutation," PNAS (2021). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2105075118
Journal information: Proceedings of the National Academy of Sciences
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