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基因标记的分离导致更有效、高效的昆虫害虫控制


白蛹基因的鉴定促进了遗传性鉴定菌株的开发,以提高昆虫不育技术应用的效率。 (图片/照片:R. Aumann 和 M. Schetelig/Justus-Liebig-Uni​​versity Giessen)

果蝇可能是厨房里的大麻烦。更重要的是,在世界各地的农田中,这些极具破坏性的害虫可能对水果和蔬菜生产造成严重破坏。核科学和核技术通过昆虫不育技术 (SIT) 以环境友好的方式帮助抑制了此类害虫。国际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,其中使用辐照对害虫进行灭菌消毒,从而随着时间的推移抑制或根除昆虫种群。

通常是雌性昆虫通过在果实中产卵来破坏果实。 SIT,在此期间饲养和释放数亿只昆虫,需要关注雄性昆虫,雄性昆虫不会破坏产品或造成经济损失。因此,当在照射前可以将雄性与雌性分开时,SIT 是最有效的。 “SIT 的效率和成本效益通过仅雄性释放来提高,这通常通过分离方法实现,例如遗传性鉴定菌株 (GSS),”FAO/IAEA 联合核研究中心的分子生物学家 Konstantinos Bourtzis 说。食品和农业技术,今年早些时候发表在《自然通讯》上的一篇论文的合著者。 GSS 能够在昆虫发育周期的早期根据性别分离大量昆虫(参见遗传性别鉴定以了解更有效的 SIT 应用)。 “SIT 最昂贵的组成部分之一是饲养,”Bourtzis 继续说道。 “如果我们不需要它们来释放,为什么要饲养雌性?”

GSS 需要一个可选择的基因标记,一种与昆虫性别相关的特定基因,可以将雄性与雌性分开。一种用于在一些最具破坏性的实蝇害虫物种——Ceratitis capitalta(地中海果蝇)、Bactrocera dorsalis(东方果蝇)和 Zeugodacus cucurbitae(瓜蝇)——中构建 GSS 的可选择标记是蛹的颜色.蛹是介于幼虫和成虫之间的未成熟昆虫。

在粮农组织/国际原子能机构联合中心的专家最近与几个研究机构合作进行的一项研究中,科学家们分离出了导致 tephritids 蛹颜色的白色蛹基因。 “最初的蛹颜色是棕色的,而基因的突变可以将颜色从棕色变为白色。这允许链接 - 男性的棕色蛹颜色和女性的白色蛹 - 以及 GSS 的构建。有趣的是,绝大多数测试的昆虫都具有白蛹基因,包括对 SIT 具有重要意义的昆虫物种,”Bourtzis 说。白蛹基因的分离,加上它在大多数昆虫物种中的存在,将允许更快地开发可用于 GSS 的突变菌株。作为原理证明,为地中海果蝇和昆士兰果蝇 Bactrocera tryoni 开发了具有白蛹突变基因的新菌株。

“现在可以有针对性地在新物种中创造这种颜色变体。这可以通过微创基因组编辑有效地进行,而无需引入任何外来基因,”吉森大学昆虫生物技术研究所的 Marc F. Schetelig 和该研究的合著者说。 “将这个系统引入新物种将扩大昆虫不育项目的范围,并允许改进和成功的区域范围内的害虫管理。”

科学

基因性别鉴定更有效的 SIT 应用

遗传性鉴定菌株 (GSS) 是一种允许雄性释放用于 SIT 应用的菌株。对于 GSS,给定的选择标记(通常是表型性状)与性别相关联以帮助分类过程。某些 GSS 可能包含多个标记。地中海果蝇的维也纳 8 品系携带两个选择标记,白蛹 (wp) 基因和温度敏感致死 (tsl) 基因。与 wp 基因一样,tsl 基因是一个关键标记,因为它允许将温度耐受性与雄性和温度敏感性与雌性联系起来。当胚胎暴露在 34 或 35 摄氏度的高温下时,只有雄性能够存活。 “在这个特殊的 GSS 中,白蛹基因使我们能够通过去除任何‘逃避者’来监测性别系统的遗传稳定性,例如具有错误蛹颜色或错误 tsl 特征的个体,”Bourtzis 说。 GSS 支持 SIT 应用的具有成本效益的仅雄性生产和释放,因为资源不会用于需要丢弃的雌性的饲养和绝育,从而优化大规模生产和现场实施。

中国核能高质量发展大会

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