基因驱动技术新突破：高效抑制斯氏按蚊种群，助力疟疾防控

疟疾等虫媒疾病严重威胁全球健康，化学防治致蚊虫抗药性增强。研究人员构建斯氏按蚊（Anopheles stephensi）归巢抑制驱动（HSDdsx）系统。结果显示其能有效抑制种群，与 vasa-Cas9 联用效果更佳。该研究为疟疾防控提供新策略。

　　疟疾，这个古老又顽固的健康杀手，每年都在全球范围内夺走无数生命。登革热、西尼罗河病毒等虫媒疾病也如影随形，时刻威胁着人类的健康。在对抗这些疾病的漫长历程中，化学防治手段曾发挥重要作用，但随着时间推移，蚊虫对化学杀虫剂的抗药性不断增强，这一策略逐渐陷入困境。传统的遗传工程工具，像辐射 / 化学不育诱导或基于转基因的不育昆虫技术（SIT）、携带显性致死基因的昆虫释放技术（RIDL） 以及沃尔巴克氏体介导的不相容昆虫技术（IIT）等，虽各有成效，但仍存在不足。基因驱动技术的出现，给人们带来了新的希望，它有望以极小的释放量影响整个种群，成为高效控制蚊虫的有力武器。然而，在昆虫物种中，基因驱动技术的发展面临诸多挑战，如转换率低、适应性成本高、亲本效应和抗性等位基因形成等问题。在此背景下，为了找到更高效、更环保的害虫控制方法，阻断疾病传播，北京大学和重庆师范大学的研究人员展开了深入研究。

研究人员构建了一种针对斯氏按蚊（亚洲主要城市疟疾传播媒介，且在东非的侵袭性日益增强）的归巢抑制驱动（Homing Suppression Drive，HSD_dsx）系统，同时构建了 vasa-Cas9 品系。该研究成果发表在《Nature Communications》上，为疟疾防控和蚊虫种群管理提供了新的思路和方法，具有重要的理论和实践意义。

研究人员在构建 HSD_dsx时，运用了 CRISPR 基因编辑技术。他们将编码 Cas9 核酸酶的基因与两个 gRNA（引导 RNA，可引导 Cas9 核酸酶识别并切割特定 DNA 序列）表达盒整合在一起，Cas9 由 nanos 启动子驱动表达。通过胚胎显微注射技术，将构建好的质粒导入斯氏按蚊胚胎，获得转基因蚊子。之后，利用杂交实验和多种分子生物学检测技术，如 PCR 扩增、测序、荧光筛选等，对转基因蚊子的遗传特性、驱动效率、抗性等位基因形成等进行分析。同时，运用数学建模方法，模拟基因驱动在种群中的传播和对种群数量的影响。

构建归巢抑制驱动 HSD_dsx

研究人员构建的 HSD_dsx旨在破坏斯氏按蚊中 dsx（doublesex，性别决定关键基因）基因的雌性特异性外显子。他们在设计中采用两个 gRNA，分别由 U6A 和 7SK 启动子调控，且靶向 dsx 基因附近序列，以维持较高的同源定向修复率；使用 nanos 启动子驱动 Cas9 表达，期望降低杂合雌性因体细胞中 dsx 基因破坏带来的适应性成本。经胚胎注射、筛选后，成功建立 HSD_dsx转基因品系，分子检测证实了构建体的正确整合。

HSD_dsx的驱动效率测试

通过将 HSD_dsx杂合子与野生型蚊子杂交，再对后代进行荧光筛选和形态学表型分析，来评估驱动效率。结果显示，来自雄性和雌性驱动亲本的 HSD_dsx驱动遗传率相似，分别为 74.6%±1.4% 和 73.6%±2.6%，对应驱动转换率分别为 50% 和 45%，均显著高于孟德尔遗传预期。但与冈比亚按蚊中类似的抑制驱动相比，该驱动效率较低。

HSD_dsx中的潜在抗性

对 HSD_dsx品系进行深度测序，检测 gRNA 靶位点附近情况。结果发现，两个 gRNA 靶位点的切割水平极低，分别仅有 0.657% 和 1.38% 的 reads 发生修饰，且大多数检测到的抗性等位基因比例较小，可能由体细胞表达或后期发育阶段少量细胞中的母源 Cas9 镶嵌切割形成，几乎没有功能性抗性等位基因。

HSD_dsx的建模分析

利用 SLiM 蚊子模型，模拟在种群中引入 5% 的 HSD_dsx杂合雄性后的情况。结果表明，驱动等位基因频率会持续上升直至达到平衡，但只有在雄性纯合子可育且低密度增长率较低的情况下，才能成功消除目标种群。不育的雄性纯合子会大幅降低抑制能力，低密度增长率高时种群数量会增加，但可育雌性数量不会增加。

HSD_dsx与 vasa-Cas9 的组合

将 HSD_dsx与 vasa-Cas9 品系杂交，产生双杂合个体。双杂合雄性与野生型雌性杂交后，HSD_dsx的驱动遗传率显著提高至 100%，而 vasa-Cas9 的遗传率为 43.2%±2.36%。这表明额外的 vasa-Cas9 能诱导更高的 HSD_dsx生殖系切割和转换。同时，携带两种等位基因的雌性表现出不同程度的间性表型。

基于 HSD_dsx与 vasa-Cas9 组合的 SIT 样种群抑制建模

根据组合杂交结果，研究人员提出一种类似 SIT 的种群抑制策略，并通过模型评估其能力。结果显示，当释放比例高于 0.8 时，种群可成功被抑制；与 SIT 和 fsRIDL 相比，该组合驱动作为一种高效的自我限制抑制策略，效率更高。

在讨论部分，研究人员指出，HSD_dsx中的 nanos-Cas9 虽有功能，但诱导高生殖系切割和转换的能力不足；gRNA 多重表达有效且可能降低功能性抗性等位基因形成率；vasa-Cas9 能支持 HSD_dsx实现 100% 的驱动转换效率。研究还发现，斯氏按蚊中 nanos 启动子的效果不如冈比亚按蚊中的，可能与 Cas9 表达水平低有关，未来可探索不同长度的 nanos 启动子或其他生殖系启动子。此外，研究中出现的间性雄性个体，可能是由于大的驱动构建体插入影响了雄性特异性 dsx 外显子的转录和剪接。该研究为构建更高效的斯氏按蚊基因驱动系统奠定了基础，也为其他非模式生物的相关研究提供了宝贵的参考，有望推动高效、环保的害虫控制工具的发展，助力阻断疾病传播。