本報訊 基因編輯技術CRISPR革新了基因研究方式。目前，該技術已被廣泛用于修飾單細胞生物體及復雜生物體內的特殊細胞類型。近日，兩個獨立的研究組報告稱，他們使用CRISPR處理了螞蟻卵，從而改變了整個蟻群的種系。相關論文近日發表于《細胞》雜志。
“這些研究證明人們也可以改變螞蟻的遺傳基因。”其中一篇論文的高級作者、美國洛克菲勒大學助理教授Daniel Kronauer說，“如果你對研究社會行為及其遺傳基礎感興趣，螞蟻是個很好的系統。現在我們能敲除任何影響社會行為的基因，并觀察其效果。”
由于螞蟻生活在蟻群中，這種動物是研究復雜生物系統的有價值模型。但是由于生命周期的復雜性，蟻群很難在實驗室里生長和研究。于是，研究人員利用兩種不同的螞蟻找到了解決方法。
洛克菲勒大學團隊使用了無性繁殖襲擊者螞蟻（Ooceraea biroi），它們的蟻群中沒有蟻后。相反，未受精的卵能發展出無性繁殖個體，它們能采用單性繁殖創造出更多螞蟻。“這意味著我們能夠使用CRISPR修改螞蟻卵，并很快培養出包含我們希望研究的基因突變的蟻群。”Kronauer說。
另一個團隊由紐約大學、紐約大學醫學院、亞利桑那州立大學、賓夕法尼亞大學醫學院和范德堡大學研究人員組成，他們使用了印度跳蟻。“我們之所以選擇這種螞蟻是因為它們的一個特性是工蟻很容易轉變為蟻后。”第二篇論文的高級作者、紐約大學的Claude Desplan說。
這樣一來，如果蟻后死亡，年輕的工蟻將為爭奪統治權進行“決斗”。最終，其中一個變為“產卵蟻后”開始產卵。“在實驗室中，我們能注射任何工蟻的胚胎改變它的遺傳構成。”Desplan說，“然后將這個工蟻變為產卵蟻后，以便將這種新基因擴展到整個蟻群。”
兩項研究中，研究人員利用CRISPR技術敲除的基因名為orco（氣味接受器共同受體）。螞蟻有350個氣味接受器基因，由于其氣味接受器運作的獨特生物學特性，研究人員能夠通過一次敲除阻斷所有350個基因。“每個接受器都需要與orco合作才能生效。”洛克菲勒大學論文第一作者、Kronauer 實驗室的學生Waring Trible說。
一旦這個基因被敲除，螞蟻就會無視它們通常用來交流溝通的信息素信號。當失去這些化學線索后，它們變得自私：離開巢穴閑逛，也不再尋找食物。
更令人驚訝的是，敲除orco還能影響這兩種螞蟻的大腦解剖學特征。螞蟻大腦中也有專門用于處理感知和嗅覺線索的中樞，但當該基因被敲除后，它們的名為觸角葉纖維球的感覺中樞大量喪失。
“我們尚未完全理解發生這種情況的原因。”Kronauer說，“我們不清楚這一區域的神經細胞是由于不再使用而枯死還是它們一開始就沒有發育。我們需要進一步追蹤該問題，最終還可以將這擴展到哺乳動物范圍。”
專家表示，更好地從生物化學角度理解行為是如何形成的，有助于揭示社會交往中的哪些變化是精神分裂或抑郁等疾病的特征。
在賓夕法尼亞大學Roberto Bonasio研究組進行的第三個相關研究中，科學家使用黑化誘導神經肽改變了螞蟻行為。結果發現，黑化誘導神經肽類似于脊椎動物的生殖激素，而且這種激素能阻止工蟻變為產卵蟻后。
“螞蟻等社會動物是研究基因如何影響行為的出色模型。這是因為它們生活在由具有相同基因組的個體組成的群體中，但卻有著截然不同的行為。”有專家評論說。