Genredigeringssystem fra NC State-forskere kunne undertrykke irriterende frugtskadedyr

Forskere har udviklet et "homing-gen-drivsystem" baseret på CRISPR/Cas9, der kunne bruges til at undertrykke populationer af Drosophila suzukii eddikefluer – såkaldt “spotted-wing Drosophila”, der ødelægger frugt med blød hud i Nordamerika, Europa og dele af Sydamerika – ifølge ny forskning fra North Carolina State University.

NC State-forskerne udviklede dobbelte CRISPR-gendrevsystemer, der var rettet mod en bestemt D. suzukii gen kaldet dobbeltkøn, hvilket er vigtigt for den seksuelle udvikling hos fluerne. CRISPR står for "clustered regularly interspaced short palindromic repeats", og Cas9 er et enzym, der fungerer som en molekylær saks til at skære DNA. CRISPR-systemer er afledt af bakterielle immunsystemer, der genkender og ødelægger vira og andre angribere, og udvikles som løsninger på problemer i blandt andet menneskers, planters og dyrs sundhed.

Målretning af dobbeltkøn genet resulterede i kvindelig sterilitet i adskillige eksperimenter, da hunnerne ikke var i stand til at lægge æg, siger Max Scott, en NC State entomolog, som er den tilsvarende forfatter til en papir i Proceedings of the National Academy of Sciences der beskriver forskningen.

"Dette er det første såkaldte homing-gendrev i et landbrugsskadedyr, der potentielt kan bruges til undertrykkelse," sagde Scott.

Gendrev kan fortrinsvis vælge, ændre eller slette bestemte træk eller karakteristika og "drive" disse redigeringer gennem fremtidige generationer, hvilket resulterer i en til tider langt større end 50% chance for at overføre disse ændringer til afkom.

"Gendrift betyder forudindtaget arv," sagde Scott.

Forskere brugte et fluorescerende rødt protein til at markere tilstedeværelsen af den genetiske ændring CRISPR/Cas9 til fluens genetiske plan eller genom. Gendrevsystemerne transmitterede det fluorescerende protein til 94-99% af afkom, rapporterer papiret.

Forskerne brugte også matematisk modellering til at forudsige, hvor effektivt gendrivsystemet ville undertrykke en given D. suzukii befolkning i laboratoriebure. Modelleringen viste, at frigivelse af kun én modificeret flue for hver fire "vilde" fluer - dem, der ikke er genetisk modificerede - kunne tankfluepopulationer inden for cirka otte til 10 generationer.

"Fordi dobbeltsex er et så bevaret gen, der kræves for kvindelig udvikling i så mange fluearter, tror jeg, at målsøgningsgen-drivstrategien kunne bruges til andre skadedyr," sagde Scott.

Scott og samarbejdspartnere viste tidligere succes med at undertrykke D. suzukii populationer, der bruger en stamme, der kun producerer hanner og brugte også en lignende metode til at reducere laboratoriepopulationer af den nye verdens skrueormflue.

Næste trin omfatter indeholdte forsøgseksperimenter i bure i et drivhus i NC State.

"Vi laver eksperimenter med undertrykkelse af små befolkningsbure. Vi håber at lære, om gentagne flueudsætninger med et forhold på 1:4 vil undertrykke fluepopulationer i et bur, som modelleringen antyder,” sagde Scott.

Amarish K. Yadav, en NC State postdoc-forsker og hovedforfatter, Cole Butler, Akihiko Yamamoto, Anandrao A. Patil og Alun L. Lloyd var medforfattere til papiret. Forskningen blev støttet af Biotechnology Risk Assessment Research-programtilskud 2016-33522-25625, 2020-33522-32317 og 2021-33522-35341 fra US Department of Agricultures National Institute of Food and Agriculture.

(C) NCSU

Original artikelkilde: WRAL TechWire