Genredigeringssystem från NC State forskare kunde undertrycka irriterande fruktskadedjur

Forskare har utvecklat ett "homing gen-drivsystem" baserat på CRISPR/Cas9 som kan användas för att undertrycka populationer av Drosophila suzukii vinägerflugor – så kallad ”spotted-wing Drosophila” som ödelägger mjukskal frukt i Nordamerika, Europa och delar av Sydamerika – enligt ny forskning från North Carolina State University.

NC State-forskarna utvecklade dubbla CRISPR-gendrivsystem som var inriktade på en specifik D. suzukii gen kallas dubbelsex, vilket är viktigt för den sexuella utvecklingen hos flugorna. CRISPR står för "clustered regularly interspaced short palindromic repeats" och Cas9 är ett enzym som fungerar som en molekylär sax för att klippa DNA. CRISPR-system härrör från bakteriella immunsystem som känner igen och förstör virus och andra inkräktare, och utvecklas som lösningar på problem i bland annat människors, växters och djurs hälsa.

Inriktning på dubbelsex genen resulterade i kvinnlig sterilitet i många experiment eftersom honor inte kunde lägga ägg, säger Max Scott, en NC State entomolog som är motsvarande författare till en papper i Proceedings of the National Academy of Sciences som beskriver forskningen.

"Detta är den första så kallade homing-gendriften i en jordbruksskadegörare som potentiellt skulle kunna användas för undertryckande," sa Scott.

Gendrifter kan företrädesvis välja, ändra eller ta bort särskilda egenskaper eller egenskaper och "driva" dessa redigeringar genom framtida generationer, vilket resulterar i en ibland mycket större chans än 50% att överföra dessa ändringar till avkomman.

"Gendrift betyder partiskt arv," sa Scott.

Forskare använde ett fluorescerande rött protein för att markera närvaron av den genetiska förändringen CRISPR/Cas9 i flugans genetiska ritning, eller genom. Gendrivsystemet överförde det fluorescerande proteinet till 94-99% av avkomman, rapporterar tidningen.

Forskarna använde också matematisk modellering för att förutsäga hur effektivt gendrivsystemet skulle undertrycka en given D. suzukii befolkningen i laboratorieburar. Modelleringen visade att om man bara släpper ut en modifierad fluga för varje fyra "vilda" flugor – de som inte är genetiskt modifierade – kan flygpopulationer tankas inom cirka åtta till 10 generationer.

"Eftersom dubbelsex är en sådan bevarad gen som krävs för kvinnlig utveckling hos så många flugarter, tror jag att målsökningsgenens drivstrategi kan användas för andra skadedjur," sa Scott.

Scott och medarbetare visade tidigare framgång med att undertrycka D. suzukii populationer som använder en stam som endast producerar hanar och använde även en liknande metod för att minska labbpopulationer av New World skruvmaskflugan.

Nästa steg inkluderar inneslutna försöksexperiment i burar i ett NC State-växthus.

"Vi gör experiment med undertryckande av små burar. Vi hoppas få veta om upprepade flugutsättningar med ett förhållande på 1:4 kommer att undertrycka flugpopulationer i en bur som modelleringen antyder, säger Scott.

Amarish K. Yadav, postdoktor och huvudförfattare från NC State, Cole Butler, Akihiko Yamamoto, Anandrao A. Patil och Alun L. Lloyd var medförfattare till artikeln. Forskningen stöddes av Biotechnology Risk Assessment Research Program-anslag 2016-33522-25625, 2020-33522-32317 och 2021-33522-35341 från US Department of Agricultures National Institute of Food and Agriculture.

(C) NCSU

Ursprunglig artikelkälla: WRAL TechWire