自然交配，十代以内所有个体携带改造基因

基因驱动（gene drives）是利用基因工程在少数个体中创造期望突变，然后通过交配在群体中传播目标基因。理论上，这种机制可以用来防止疟疾蚊子传播疾病，或者可能通过破坏繁殖能力来消灭入侵物种。

　　

尽管科学家们在实验室成功地证明了这一概念，但他们发现野生种群总是能适应并发展出对这一方案的抵抗力。当基因驱动工作时，它们往往被无差别地传给所有个体，这是它的一个缺点。

康奈尔大学2月27日发表在《Nature Communications》杂志上的一项研究描述了一种有可能延迟抵抗的新型基因驱动。

在经典的基因驱动（归巢驱动）中，后代从母亲那里继承一组基因或基因组，从父亲那里继承另一组。如果一个后代继承了一个基因，而这个基因的驱动力来自父母一方，而不是另一方，那么这个驱动力将自己复制到没有驱动力的父母的基因组中。

驱动器是用CRISPR-Cas9基因编辑技术设计的，因此当驱动器复制到一个没有驱动器的新基因组中时，CRISPR切割染色体并粘贴到新的代码中。但有时，细胞会修复切口，并在修复过程中随机删除DNA字母。当这种情况发生时，CRISPR基因驱动无法找到它所识别的基因序列来进行切割，从而产生抵抗力并阻止基因驱动的扩散。

DNA序列变化的另一个来源，自然遗传变异，也能产生抗性，因为CRISPR基因驱动器需要识别短遗传序列才能进行切割。文章通讯作者，计算生物学助理教授Philipp Messer说：“我们是最早发现这个问题的实验室之一。”

本文描述了一种称为毒素-解毒隐形胚胎（Toxin-Antidote Recessive Embryo，TARE）的新基因驱动，它靶向一个对生物功能至关重要的基因。只有一个完整的基因拷贝的生命体才能生存。与其像归巢驱动器那样切割和粘贴DNA，TARE只切割另一个父母的基因，使其失效。

同时，工程化的TARE基因驱动有一个已经被重新编码的DNA序列；该基因虽然工作但在后代中不会被识别或切割。如果一个后代继承了两个失效基因，那么这些个体将无法存活，那么这些拷贝将会从种群中移除。同时，随着存活个体的交配，越来越多的存活后代将携带TARE驱动基因。

归巢驱动只需要少数携带驱动器的个体就可以在整个种群中传播一种特性。但TARE驱动器不会将驱动器剪切粘贴到目标基因中；相反，它们会破坏后代中的一个目标基因拷贝。正因为如此，这一驱动力需要更高频率的基因工程个体。因此，TARE驱动器不太可能从一个群体转移到另一个不同的群体。

在实验中，当带有TARE基因驱动的果蝇被放在野生型果蝇的笼子里时，笼子里的所有果蝇在短短六代内都携带上了TARE驱动。

研究人员指出，在野外，特别是在非常大的种群中，抗性确实可以随着TARE的增加而进化，但他们相信，这种进化需要更长的时间，而且进化速度要低得多。

原文检索：A toxin-antidote CRISPR gene drive system for regional population modification

（生物通：伍松）