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基因標(biāo)記的分離促進(jìn)更有效和高效的害蟲防治

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白蛹基因的確定促進(jìn)了旨在提高昆蟲不育技術(shù)的應(yīng)用效率的基因選性品系的開發(fā)。(照片來(lái)源:R. Aumann和M. Schetelig/吉森尤斯圖斯-李比希大學(xué))

果蠅可以是廚房里的麻煩。 更為重要的是,這些破壞性很強(qiáng)的害蟲能夠?qū)κ澜绺鞯剞r(nóng)田的水果和蔬菜生產(chǎn)造成嚴(yán)重破壞。 核科學(xué)和技術(shù)通過(guò)昆蟲不育技術(shù)以環(huán)保方式幫助抑制這種害蟲。 原子能機(jī)構(gòu)與聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織(糧農(nóng)組織)合作,幫助各國(guó)實(shí)施昆蟲不育技術(shù),這種技術(shù)使用輻照對(duì)害蟲進(jìn)行絕育,從而隨時(shí)間推移抑制或根除害蟲種群。

通常是,雌性昆蟲在水果中產(chǎn)卵從而破壞果實(shí)。 昆蟲不育技術(shù)采取的是飼養(yǎng)和釋放數(shù)億只昆蟲,所以需要側(cè)重于雄性昆蟲,這樣不會(huì)破壞農(nóng)產(chǎn)品或造成經(jīng)濟(jì)損失。 因此,若在輻照前將雄蟲與雌蟲分離,昆蟲不育技術(shù)是最高效的。糧農(nóng)組織/原子能機(jī)構(gòu)聯(lián)合中心(糧食及農(nóng)業(yè)核技術(shù))的分子生物學(xué)家、今年初在《自然通訊》上發(fā)表的一篇論文的合著者Konstantinos Bourtzis說(shuō),“只釋放雄蟲可以提高昆蟲不育技術(shù)的效率和成本效益,這通常通過(guò)遺傳選性品系等分離方法予以實(shí)現(xiàn)。”遺傳選性品系能夠在昆蟲發(fā)育周期的早期根據(jù)性別分離大量昆蟲(參見(jiàn)遺傳選性實(shí)現(xiàn)更高效的昆蟲不育技術(shù)應(yīng)用)。 “飼養(yǎng)是昆蟲不育技術(shù)成本最高的組成部分之一,”Bourtzis繼續(xù)說(shuō), “如果我們不需要釋放雌蟲,為什么要飼養(yǎng)雌蟲呢?”

遺傳選性品系需要一個(gè)可選擇的基因標(biāo)記,即一段與昆蟲性別有關(guān)聯(lián)且可用于將雄蟲與雌蟲分開的特定基因。對(duì)于一些最具破壞性的果實(shí)蠅害蟲物種—頭狀蠟實(shí)蠅(地中海果蠅)、桔小實(shí)蠅(東方果蠅)和瓜實(shí)蠅(瓜蠅)的遺傳選性品系構(gòu)建,采用的一個(gè)可選擇標(biāo)記是蛹的顏色。蛹是昆蟲介于幼蟲和成蟲之間的未成熟形態(tài)。

在糧農(nóng)組織/原子能機(jī)構(gòu)聯(lián)合中心的專家與若干研究機(jī)構(gòu)合作進(jìn)行的最近一項(xiàng)研究中,科學(xué)家們分離出了控制果實(shí)蠅蛹顏色的白蛹基因。Bourtzis 說(shuō),“蛹的原始顏色是棕色,而基因突變可以將顏色從棕色變?yōu)榘咨?。這使得能夠進(jìn)行關(guān)聯(lián)(即棕色蛹顏色與雄蟲關(guān)聯(lián),白色蛹顏色與雌蟲關(guān)聯(lián))和遺傳選性品系的構(gòu)建。有趣的是,絕大多數(shù)經(jīng)測(cè)試的昆蟲(包括對(duì)昆蟲不育技術(shù)十分重要的昆蟲物種)都具有白蛹基因。”白蛹基因的分離,加上該基因存在于大多數(shù)昆蟲物種中,這二者將使得能夠更快地開發(fā)可用于遺傳選性品系的突變品系。作為這一原理的驗(yàn)證,已開發(fā)出地中海果蠅和昆士蘭果蠅(昆士蘭實(shí)蠅)具有白蛹突變基因的新品系。

“現(xiàn)在可以有針對(duì)性地在新物種中創(chuàng)造這種顏色變種。這可以通過(guò)微創(chuàng)基因組編輯有效地進(jìn)行,無(wú)需引入任何外來(lái)基因?!痹撗芯康暮现呒人箞D斯-李比希大學(xué)昆蟲生物技術(shù)研究所的Marc F. Schetelig說(shuō),“將這個(gè)系統(tǒng)引入新物種將擴(kuò)大昆蟲不育技術(shù)計(jì)劃的范圍,并促進(jìn)實(shí)現(xiàn)改良和成功的大面積害蟲治理?!?/p>

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