加州大学圣地亚哥分校和加州大学伯克利分校的科学家们开发了一种新的方法来控制携带疾病或破坏作物的昆虫，这种方法使用基于crispr - cas9的基因组编辑来确定昆虫的性别和生育能力。这项最初以果蝇为试验对象开发的新技术，代表了无菌昆虫技术(静坐)的一种新尝试。自上世纪30年代以来，这种技术一直被用于大规模生产和释放无菌雄性果蝇，作为消灭昆虫种群的一种策略。然而，这种基于crispr的技术，被称为精确引导坐位(precision-guided SIT，简称pgSIT)，可以产生卵子，而不是依靠dna损伤剂对雄性进行绝育，或者采用类似坐位的基因操作方法，从而产生耐药性。这种技术的后代在成年后100%都是不育的雄性。“这是一个前所未有的壮举，”他们在《自然通讯》杂志上发表的论文中写道。如果应用于害虫种类，该技术可以成为控制全世界昆虫种群的一种有效、经济有效的方法。

“CRISPR技术已经使我们的团队创新一个新的、有效的物种特异性,自限性,安全,和可伸缩的人口基因控制技术以惊人的潜力开发和利用大量的害虫和疾病的向量,”奥马尔·阿克巴里说,博士,助理教授在加州大学圣地亚哥分校的生物科学分工和相应的作者。“未来，我们坚信这项技术将会被安全的应用于实地，在当地压制甚至消灭目标物种，从而彻底改变昆虫的管理和控制方式。”研究人员在一篇题为《用精确引导的不育雄性果蝇来改变昆虫种群控制》的论文中报告了他们的研究进展。

自20世纪30年代以来，人们一直在使用将不育雄性昆虫释放到野外以控制和消灭害虫种群的方法。20世纪50年代，美国采用了一种基于受辐照雄蝇的策略来消灭新世界螺旋蝇，基于辐射的方法至今仍在使用。

研究人员指出，基于crispr的基因组编辑已经“彻底改变”了几乎所有被研究的生物体进行精确基因组编辑的能力。最近的发展包括以家庭为基础的基因驱动，它将遗传变化传播给后代，并产生了一个被称为活跃遗传学的领域。这组作者指出，尽管这类技术可能被用于对抗携带疾病的昆虫媒介或控制入侵物种和农作物害虫，但“正在进行的讨论旨在确定治理机制，以确保该技术是合乎道德、安全、开发和实施的”。目前的基因驱动设计也显示出了一些缺陷，包括耐药性的快速进化，他们继续说，“因此，未来的研究有必要开发出能够限制和克服进化耐药性的驱动。”

基于这些考虑，Akbari和他的同事着手开发一种“新颖、安全、可控、无创、基于crispr的基因技术，可以跨物种移植，并在短期内在全球范围内实施，以对抗野生种群。”

由此产生的pgSIT策略使用CRISPR技术破坏了对雌性生存能力和雄性生育能力至关重要的关键基因，从而产生的卵子只会产生不育的雄性，然后可以将其引入昆虫种群。

作者评论说，这项技术最初是在果蝇身上开发的，它涉及一种育种策略，需要两个纯合子菌株，一个表达Cas9，另一个表达双导rna (dgrna)。两种菌株之间的一次交配同时淘汰了一种对女性生存能力有要求的基因和一种对男性生育能力有要求的基因，因此只有不育的男性才能在下一代中存活。该研究小组说:“这些菌株之间的一次机械交配会在整个发育过程中同步导致rna引导的两个目标基因的显性双等位基因敲除，通过在一代人的时间内将隐性表型转化为显性表型，导致所有后代所需表型的非孟德尔式完全外显。”值得注意的是，pgSIT依赖于crispr介导的DNA切割和基于nhej的修复，而不是同源直接修复(HDR)。“因此，能够抑制crispr介导的基因驱动的抗性等位基因的产生并不会限制pgSIT的有效性……”他们说。

在他们发表的《自然通讯》的论文中，研究人员报告了果蝇体内pgSIT的发展，并描述了初步结果，证明该技术是100%有效的，能产生健康、不育的雄性果蝇，并能成功地竞争配偶。他们说:“重要的是，这项技术不依赖染色体易位、化学消毒剂、辐照、抗生素或细菌感染，这些会严重损害已释放不育雄性的健康和交配竞争力。”这些靶向基因在昆虫的广泛分布中也很常见，因此pgSIT技术可以应用于许多不同类型的昆虫。重要的是，数学模型预测pgSIT能够比目前的自限技术更有效地抑制昆虫种群。“总的来说，pgSIT有可能改变我们控制农业害虫和病媒昆虫的能力，”该小组指出。“一个高效的pgSIT鸡蛋生产设施可以将pgSIT鸡蛋分发到世界各地的许多偏远地区，在那里它们可以被简单地孵化、饲养和释放，从而降低建设多个生产设施的成本。”

pgSIT方法也不需要人工对幼虫进行性别分类，而且在卵孵化后立即开始种群抑制，因为所有的幼虫都是不育的雄性，它们开始消耗原本野生、可育幼虫可以获得的资源。

第一作者Nikolay Kandul博士是加州大学圣地亚哥分校生物科学部的一名助理项目科学家。“这种新奇的转变使得它在不同物种之间非常方便，可以抑制蚊子或农业害虫的数量，比如那些以珍贵葡萄为食的害虫。”

在证明了在果蝇中产生不育雄性果蝇的“简单和一致性”之后，研究人员希望在传播登革热、寨卡病毒、黄热病和其他疾病的埃及伊蚊中开发pgSIT技术。这些结果表明，pgSIT有更大的潜力消除局部Ae。他们总结说:“埃及伊蚊的数量超过了目前可用的抑制技术。”