害虫遗传控制技术的研究与应用

媒介昆虫可传播寄生虫和病毒,如疟原虫、寨卡病毒和登革热病毒等,每年在全球范围内造成重大的经济损失与人员伤亡。农业害虫则每年造成农作物产量的重大损失,严重威胁着全球粮食安全。然而,目前基于化学防治等手段已不足以完全控制害虫的发生与危害。同时,使用化学农药会导致抗性产生,造成环境污染和农药残留等。因此,生产上亟需开发新型害虫控制策略。近年来,随着基因组测序技术和基因编辑技术的发展,针对目标害虫种群及其特定靶标基因的遗传控制技术迅速发展。相比传统的有害生物防控手段如化学防治等,害虫遗传控制策略具有物种特异性、环境友好和防控高效等优势。本文主要综述了研究较为广泛的几种害虫遗传控制技术,包括昆虫不育技术(sterile insect technique, SIT)、昆虫显性致死释放(release of insects carrying a dominant lethal, RIDL)技术以及基因驱动(gene drive, GD)技术等的研究现状与应用案例。最后,我们对害虫遗传控制技术研究及其在农业害虫防治中的应用做出了几点展望:(1)建立稳定高效的遗传操作体系;(2)鉴定生殖细胞或其他组织中高效的启动子,以提高基因编辑或基因转化的效率;(3)解析害虫性别决定通路和挖掘参与害虫生殖发育的关键基因。

埃及伊蚊性别决定基因 Transformer 2 的鉴定与表达分析

目的分离、鉴定和分析埃及伊蚊性别决定基因Transformer 2(Aaetra2)。方法通过生物信息学方法与分子生物学方法获得了Aaetra2基因的全长。通过与已知物种tra2的比较,分析Aaetra2的基因结构特点与分子进化特征,通过RT-PCR方法验证Aaetra2的时间与组织表达特点。结果分离并鉴定Aaetra2-α与Aaetra2-β两个基因,它们位于染色体不同部位,通过选择性启动子的剪切策略进行自我调控,转录多种mRNA。埃及伊蚊TRA2蛋白具有保守的RRM、RS1、RS2和linker功能结构域区。Aaetra2表达方式无时间特异性的,从卵持续性表达至成虫阶段,且无性别特异性表达与组织特异性表达。结论 Aaetra2具有保守的昆虫性别决定基因tra2的功能结构域与表达特征,对其深入研究将为其最终应结合释放携带显性致死基因的昆虫技术应用于蚊虫的防制提供理论依据。

遗传不育技术在蚊媒疾病防控中的应用

疟疾、登革热等重大传染性蚊媒疾病严重危害人类健康,且目前缺乏有效的药物和疫苗,防治埃及伊蚊、冈比亚按蚊等媒介昆虫是控制和消除这些疾病的有效手段。化学杀虫剂的大规模使用在一定程度上控制了疾病的传播,但其抗药性和环境污染等问题也随之而来。分子生物学的飞速发展为昆虫不育技术(SIT)的更新及害虫防治提供了新的策略,由此发展起来的以释放携带显性致死基因昆虫(RIDL)为代表的一系列遗传不育技术为蚊虫种群防控提供了更加有效的选择。本文概述了遗传技术在蚊虫防控中的应用进展,包括蚊虫遗传防治的历史和策略,阐述了RIDL技术体系的原理,同时介绍了相关遗传控制品系和已经开展的田间释放研究,展示了遗传修饰不育技术在蚊媒疾病防治中的巨大潜力。

冈比亚按蚊性别决定基因doublesex的克隆、序列分析及表达谱

【目的】doublesex是控制昆虫性别分化的关键基因,决定了昆虫体细胞与生殖细胞的性别。本研究旨在克隆、鉴定重要疟疾媒介冈比亚按蚊Anopheles gambiae性别决定基因doublesex(Angdsx),分析其在雌雄个体内的剪切体及在不同发育时期的表达模式。【方法】基于冈比亚按蚊转录组数据库,比对到Angdsx相关片段,分别以雌雄成蚊c DNA为模板,采用RT-PCR与RACE方法克隆分别获得雌雄个体内Angdsx全长基因,利用生物信息软件对所得序列进行结构域预测、氨基酸序列比对和进化树分析。根据Angdsx特异性表达引物,利用RT-PCR方法研究其在冈比亚按蚊雌雄个体及不同发育时期的表达谱。【结果】分别从冈比亚按蚊雌雄成虫中克隆获得Angdsx c DNA全长序列,分别命名为AngdsxF(Gen Bank登录号:KM978937)和AngdsxM(Gen Bank登录号:KM978938)。Angdsx位于2号常染色体右臂,基因横跨接近80 kb基因组长度。AngdsxF长度为4 874 nt,编码长度为265个氨基酸的雌性特异性蛋白DSXF;AngdsxM长度为3 183 nt,编码长度为633个氨基酸的雄性特异性蛋白DSXM。结构域分析发现Angdsx包括doublesex保守的TRA/TRA-2结合位点、dsx重复序列、富含精氨酸/丝氨酸双肽区、多聚嘌呤增强子序列和RNA结合蛋白结合序列,以及连续的双核苷酸GT为主的重复序列。与AngdsxF相比,AngdsxM具有一个雌性特异性的外显子。AngdsxM在0-2 h卵中高表达,随后逐渐减少,在12-24 h卵中降至最低,之后再次升高;AngdsxF则在6-8 h卵中开始表达。【结论】本研究获得了冈比亚按蚊性别决定基因Angdsx在雌雄个体内的全长序列,Angdsx具有保守的结构域与表达特征。本研究结果为蚊虫性别分化的分子机制及将其最终应用于显性致死昆虫施放技术进行蚊媒的防制提供了理论基础。

基于RNA干扰(RNAi)的携带显性致死昆虫释放系统的开发(英文)

自从第一个显性致死昆虫释放系统(RIDL)策略的报道以来,已经在包括果蝇和蚊子等多个物种中建立了RIDL品系.但是,由于缺乏足够的分子生物学和遗传学等方面的信息,在许多昆虫中,鉴定产生RIDL品系的不育和致死基因受到诸多限制.在本研究中,我们建立了基于Wingless/Wnt信号传递途径的关键组分Pygopus(Pygo)基因RNA干扰的果蝇(Drosophila melanogaster)RIDL品系,获得了两个转基因品系XD11和XD15.我们在这两个品系中发现了缺乏四环素条件下的非性别特异致死现象.而且,培养在不含四环素培养基上的雄性的XD15成虫比野生型寿命更长.基于RNA干扰的RIDL品系在两个不同的生活史阶段具有两个优势:幼虫致死和延长成虫寿命.这两点有机的结合,可以延长RIDL系统致死能力的传递.提示RNAi技术将促进RIDL策略在更广泛的物种中开发和应用.

传疟媒介遗传控制研究进展

按蚊是疟疾传播的主要媒介，媒介控制能有效减少疟疾患病率和死亡率。遗传控制策略是很受关注的新方法，在应用转基因技术、优势死亡技术和RNA干扰技术来减少和替代媒介种群方面已取得了一些突破性进展。该文就这些方面作一综述。