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基因标记的分离促进更有效和高效的害虫防治

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白蛹基因的确定促进了旨在提高昆虫不育技术的应用效率的基因选性品系的开发。(照片来源:R. Aumann和M. Schetelig/吉森尤斯图斯-李比希大学)

果蝇可以是厨房里的麻烦。 更为重要的是,这些破坏性很强的害虫能够对世界各地农田的水果和蔬菜生产造成严重破坏。 核科学和技术通过昆虫不育技术以环保方式帮助抑制这种害虫。 原子能机构与联合国粮食及农业组织(粮农组织)合作,帮助各国实施昆虫不育技术,这种技术使用辐照对害虫进行绝育,从而随时间推移抑制或根除害虫种群。

通常是,雌性昆虫在水果中产卵从而破坏果实。 昆虫不育技术采取的是饲养和释放数亿只昆虫,所以需要侧重于雄性昆虫,这样不会破坏农产品或造成经济损失。 因此,若在辐照前将雄虫与雌虫分离,昆虫不育技术是最高效的。粮农组织/原子能机构联合中心(粮食及农业核技术)的分子生物学家、今年初在《自然通讯》上发表的一篇论文的合著者Konstantinos Bourtzis说,“只释放雄虫可以提高昆虫不育技术的效率和成本效益,这通常通过遗传选性品系等分离方法予以实现。”遗传选性品系能够在昆虫发育周期的早期根据性别分离大量昆虫(参见遗传选性实现更高效的昆虫不育技术应用)。 “饲养是昆虫不育技术成本最高的组成部分之一,”Bourtzis继续说, “如果我们不需要释放雌虫,为什么要饲养雌虫呢?”

遗传选性品系需要一个可选择的基因标记,即一段与昆虫性别有关联且可用于将雄虫与雌虫分开的特定基因。对于一些最具破坏性的果实蝇害虫物种—头状蜡实蝇(地中海果蝇)、桔小实蝇(东方果蝇)和瓜实蝇(瓜蝇)的遗传选性品系构建,采用的一个可选择标记是蛹的颜色。蛹是昆虫介于幼虫和成虫之间的未成熟形态。

在粮农组织/原子能机构联合中心的专家与若干研究机构合作进行的最近一项研究中,科学家们分离出了控制果实蝇蛹颜色的白蛹基因。Bourtzis 说,“蛹的原始颜色是棕色,而基因突变可以将颜色从棕色变为白色。这使得能够进行关联(即棕色蛹颜色与雄虫关联,白色蛹颜色与雌虫关联)和遗传选性品系的构建。有趣的是,绝大多数经测试的昆虫(包括对昆虫不育技术十分重要的昆虫物种)都具有白蛹基因。”白蛹基因的分离,加上该基因存在于大多数昆虫物种中,这二者将使得能够更快地开发可用于遗传选性品系的突变品系。作为这一原理的验证,已开发出地中海果蝇和昆士兰果蝇(昆士兰实蝇)具有白蛹突变基因的新品系。

“现在可以有针对性地在新物种中创造这种颜色变种。这可以通过微创基因组编辑有效地进行,无需引入任何外来基因。”该研究的合著者吉森尤斯图斯-李比希大学昆虫生物技术研究所的Marc F. Schetelig说,“将这个系统引入新物种将扩大昆虫不育技术计划的范围,并促进实现改良和成功的大面积害虫治理。”

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