科學家整合多種遺傳操作技術構建新型家蠶性別調控體系

　　8月13日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所譚安江研究組等在《美國國家科學院院刊》上發表了題為Silkworm genetic sexing through W chromosome-linked, targeted gene integration的研究論文，報道了整合多種遺傳操作技術在家蠶中構建的雌性特異胚胎致死系統。

　　昆蟲性別決定機制具有高度多樣性，其分子機理還有待于進一步闡明。近年來，植生生態所黃勇平研究組和譚安江研究組以鱗翅目模式昆蟲家蠶為主要研究對象，在闡明其性別決定和調控機制研究方面取得一系列成果。除發現多個家蠶性別決定通路的重要調控因子外（Insect Molecular Biology, 2014； PLoS Genetics，2017，2018），還構建了轉座子介導的家蠶雌性幼蟲致死（PNAS，2013）、基因組編輯介導的家蠶雄性或雌性不育（IMB，2014；IBMB，2017）等多種性別調控系統。

　　家蠶的性染色體為ZW型，雄性為ZZ，雌性為ZW。雌性具有獨特的W染色體，其序列高度重復。該研究組合了TALEN和CRISPR/Cas9兩種基因組編輯工具，利用TALEN介導的同源重組將胚胎發育極早期啟動子nos驅動的Cas9表達框定點整合到W染色體特定位點，構建了雌性特異表達Cas9的品系。前期研究發現，敲除家蠶性別決定通路中一個重要因子tra2后會導致家蠶胚胎致死（PLoS Genetics，2017），這提供了理想的靶標基因位點。靶向tra2的轉基因sgRNA表達品系與雌性特異表達Cas9的品系雜交后，只有雌性個體中才會同時有Cas9和sgRNA的表達，導致tra2被定點敲除，從而誘發胚胎致死；而雄性個體因無W染色體存在，沒有Cas9的表達，不會受到任何影響。該研究構建的雌性胚胎特異致死系統整合了piggyBac轉座子、TALEN、CRISPR/Cas9等多種遺傳操作工具、采用了轉基因、基因定點敲除和敲入等多種遺傳操作手段，也是首次利用基因組編輯工具針對昆蟲性染色體實施的基因定點整合，在蠶業生產和鱗翅目害蟲防治中都有較高的應用價值。

　　博士研究生張忠杰、浙江農科院研究員牛寶龍為論文共同第一作者，研究員譚安江等為共同通訊作者，博士后許軍為該研究做出重要貢獻。該研究得到了國家自然科學基金委、中科院等相關項目的資助。