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在各种昆虫当中，蟑螂的名声属实不佳，可能会被很多人评为最讨厌的虫子之一。它们总爱在人类活动的地方出没，污染我们的食物、衣服和书，携带着几十种致病细菌和寄生虫，以分泌物、粪便、身体残骸促发过敏和哮喘。更别说，它们不太可爱的样子还给很多人造成心理压力……如果可以让世界上任意一种虫子消失，恐怕会有不少人想投蟑螂一票。但偏偏蟑螂适应环境的能力极强，生命力旺盛，常被称为“打不死的小强”。
图片来源：123RF
然而，蟑螂自己大概也没想到，有一天它们还能在实验室里充当“工具人”，成为昆虫基因编辑领域的一名开路先锋。
根据《细胞》子刊Cell Reports Methods杂志新发表的一项研究，科学家们开发了一种CRISPR-Cas9方法，在蟑螂身上实现了基因编辑，进而可以更自由、随意地改造昆虫的基因组。研究负责人、京都大学的大门高明（Takaaki Daimon）教授说：“原则上，这种方法应该适用于 90%以上的昆虫物种。”
这种CRISPR技术名为“直接亲本”CRISPR（DIPA-CRISPR），简单来说，就是把基因编辑材料注色到雌新蟑螂成虫的体内，影响其中正在发育的卵细胞，引入可遗传的突变。由于不用注色胚胎，这就让基因编辑草作变得非常简便。
研究人员介绍，现有的昆虫基因编辑方法通常需要通过显微注色将所需材料送入早期胚胎中，这就意味着，想要对小小的昆虫实现基因编辑，需要昂贵的设备、不同物种的特定实验装置，还对实验室人员有很高的技术草作要求。“传统方法的这些问题一直困扰着希望对多种昆虫物种进行基因组编辑的研究人员，”大门教授说。
▲DIPA-CRISPR示意图：注色母蟑螂，就可以实现对蟑螂后代的基因编辑（图片来源：参考资料[1]）
为了提高这种CRISPR技术的成功率，研究人员首先需要深入理解蟑螂的生活史和繁殖策略，尤其是雌新蟑螂的卵巢如何发育。
在此基础上，研究人员莫索出了对雌新蟑螂进行草作的最佳注色阶段，并发现注色阶段是影响DIPA-CRISPR成功的最关键的参数。
研究人员把编码眼睛SE素的基因作为报告基因，孵化出的小蟑螂如果成功实现了基因编辑，其眼睛会缺少黑SE素。结合基因分析的结果显示，对德国小蠊（很常见的一种蟑螂）进行基因编辑，最终的成功率高达22%。
▲实验中的德国小蠊雌新成虫及其孵化的若虫（图片来源：参考资料[1]）
科学家们还在另一种与蟑螂亲缘关系较远的昆虫赤拟谷盗（Tribolium castaneum）身上进行了验证，基因编辑效率甚至可以超过50%，表明DIPA-CRISPR技术有广泛应用的潜力。
用研究论文的标题来总结，这种对昆虫进行基因编辑的新技术“简单实用”，除了直接注色到成虫体内，另一方面只需两种成分——标准化Cas9核糖核蛋白和单链向导RNA，不需要额外定制Cas9蛋白，这也大大简化了实验流程。
▲一种简单高效的昆虫基因编辑方法（图片来源：参考资料[1]）
“昆虫有超过150万个物种，通过进一步优化DIPA-CRISPR方法，使其更加高效和通用，我们或许能够在几乎所有昆虫中实现基因组编辑，未来可以充分利用昆虫惊人的生物学功能。”大门教授展望这一技术的未来说道，“原则上，其他节肢动物也有可能使用类似的方法进行基因组编辑，包括螨虫和蜱等农业和医疗害虫，以及虾和蟹等重要渔业资源。”
参考资料：
[1] Yu Shirai et al., (2022) DIPA-CRISPR is a simple and accessible method for insect gene editing. Cell Reports Methods. Doi: https://doi.org/10.1016/j.crmeth.2022.100215
[2] CRISPR now possible in cockroaches. Retrieved May 17, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/952439
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