摘要：几个世纪以来，杀虫剂一直被用来对抗对重要粮食作物造成损害的害虫。然而，随着时间的推移，像甲虫、蛾子和苍蝇这样的昆虫发展出了使这些化学物质失效的基因突变。

Bier Lab, UC San Diego

一种新的遗传系统旨在逆转害虫对杀虫剂的抗性，同时尽量减少对环境的影响并确保受控部署。

几个世纪以来，杀虫剂一直被用来对抗对重要粮食作物造成损害的害虫。然而，随着时间的推移，像甲虫、蛾子和苍蝇这样的昆虫发展出了使这些化学物质失效的基因突变。

这种日益严重的抗性迫使农民和害虫控制专家更加频繁地使用更高浓度的有毒化合物，这对人类健康构成威胁，并对环境造成损害。许多杀虫剂在杀死害虫的同时也杀死了有益的昆虫，进一步加剧了生态失衡。

为了应对这些挑战，研究人员利用CRISPR基因编辑技术开发了基因驱动技术，用以替换害虫体内对杀虫剂有抗性的基因，使其恢复对杀虫剂的敏感性。尽管这些工具可以显著减少化学农药的使用，但它们也引发了关于一旦释放到环境中可能无法控制扩散的担忧。

现在，来自加利福尼亚大学圣迭戈分校的遗传学家提出了解决这些问题的方法。在《自然通讯》上发表的一项研究中，博士后学者Ankush Auradkar和教授Ethan Bier描述了一种自我消除的遗传系统，该系统可以在不造成长期环境破坏的情况下逆转杀虫剂抗性。

“我们已经开发出一种高效的生物学方法来逆转杀虫剂抗性，而不会对环境造成任何其他干扰，”细胞与发育生物学系教授Bier说。该系统被称为自我消除等位基因驱动或“e-Drive”，设计为暂时作用然后消失，仅留下带有修复基因的昆虫种群。

e-Drive的工作原理

研究人员开发了一个由DNA元件组成的遗传“盒”，并在果蝇中进行概念验证。e-Drive针对的是一个特定的基因——电压门控钠离子通道（vgsc），这个基因对于正常的神经系统功能至关重要，同时也常常与杀虫剂抗性有关。

该遗传盒使用CRISPR技术编辑vgsc基因，将抗性变体替换为其原始的、对杀虫剂敏感的形式。当携带遗传盒的果蝇与其他种群中的果蝇交配时，e-Drive会传播修正后的基因。

为了防止不受控制的增殖，该系统对携带遗传盒的昆虫施加了适应度成本，例如降低生育率或生存能力。通过将遗传盒插入X染色体上，研究人员减少了雄性携带者的繁殖成功率，从而限制了随时间推移的遗传盒传播。实验室实验显示，在8到10代之后，所有后代都被转换成了原始基因，此后e-Drive从种群中消失了。

“由于携带基因盒的昆虫受到严重适应度成本的惩罚，该元素迅速从种群中被清除，只持续到将目标基因的所有杀虫剂抗性形式100%转换回野生型所需的时间，”Auradkar解释道。

潜在应用

e-Drive的自我消除特性意味着它可以根据需要重新引入，随着时间的推移适应不同的杀虫剂。目前，研究团队正在开发类似的e-Drive系统用于蚊子，以解决疟疾的传播问题。

这项研究还涉及了来自圣保罗大学的Rodrigo Corder和来自创新基因组学研究所的John Marshall等合作者。Marshall的数学建模强调了系统的高效性，并揭示了其潜在应用的额外见解。

这项突破性技术通过减少对化学杀虫剂的依赖同时减轻生态和健康风险，为可持续的害虫控制带来了希望。

来源：生物技术微问答