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为解决地中海实蝇（Ceratitis capitata）种群控制问题，研究人员开展了以 CRISPR/Cas9 系统为核心的研究。他们构建了新型分裂 CRISPR/Cas9 系统（SCIC），实现了性别转换并建立模型对比传统 SIT。结果显示 SCIC 潜力巨大，为遗传害虫防治奠定基础。
地中海实蝇，作为全球分布的主要农业害虫，对农作物造成了严重的破坏，给农业生产带来了巨大的经济损失。长期以来，传统的防治手段效果有限，而现有的遗传防治技术也存在诸多不足，如传统遗传性别分选系统的遗传不稳定性和生育问题，转基因性别分选替代方案难以频繁应用于 SIT 项目等。在这样的背景下，为了寻找更高效、更可持续的地中海实蝇种群控制方法，来自英国帝国理工学院、美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校、北京大学等机构的研究人员展开了深入研究。
他们的研究成果发表在《BMC Biology》上，为地中海实蝇的防治开辟了新的道路。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是构建质粒，通过设计特定的引物，利用 PCR 技术扩增目的基因片段，构建包含 Cas9 和 gRNA 的质粒载体；二是显微注射，将构建好的质粒注入地中海实蝇胚胎，实现基因编辑；三是建立果蝇品系，通过筛选和繁殖，获得稳定表达 Cas9 和 gRNA 的果蝇品系；四是分子生物学检测，运用 PCR、测序等技术对基因编辑效果进行验证；五是建立模型，使用 SLiM 软件进行个体模拟，评估不同防治策略的效果。
下面来详细看看研究结果：
- CRISPR/Cas9 工具包选择：研究人员通过构建两种 piggyBac 质粒，分别表达 Cas9 和靶向白眼基因的双 gRNA。评估了三种启动子（D. melanogaster 多聚泛素、内源性多聚泛素和内源性纳米 os）驱动 Cas9 表达的效果。结果发现，DmPub.4 和 CcPub.1 等菌株能实现较高的 CRISPR/Cas9 效率，适用于后续实验，而纳米 os 启动子驱动的 Cas9 表达不足123。
- 实现性别转换：利用新构建的靶向 transformer（tra）基因和 β -tub85D 同源基因的 dgRNA 构建体，与选定的 Cas9 表达菌株杂交。结果表明，tra 基因敲除诱导了部分或完全的雌性向雄性性别转换，F1 代中出现了雄性和间性个体，且无雌性个体，证明了 SCIC 系统的有效性45。
- transformer 敲除特征分析：对 F1 代间性个体的内部生殖器进行解剖，发现其表型多样，从完全形成的卵巢到完全形成的睾丸不等。通过分子检测，验证了 gRNA 的高切割效率，且在部分雄性个体中发现了 XX 染色体核型，证实了雌性向雄性的完全性转换67。
- 评估 β -tub85D 同源基因功能：研究人员期望通过敲除 β -tub85D 同源基因诱导雄性不育，但实验结果显示，虽然该基因的 gRNA 被高效切割，但敲除该基因不足以诱导雄性不育，可能是由于其功能冗余或基因选择不当89。
- 模型显示 SCIC 和 pgSIT 释放的抑制效果：构建模型模拟不同释放策略对地中海实蝇种群的影响。结果表明，在释放比例为 1 时，基于 CcPub.1 的 pgSIT 系统能够在 100 周内消除种群，而其他系统效果相对较差。同时，延长释放间隔会降低抑制效率1011。
研究结论和讨论部分指出，本研究成功建立并表征了高效的地中海实蝇分裂 CRISPR/Cas9 系统，为 pgSIT 等技术的应用奠定了基础。虽然该系统在提高 SIT 效率方面展现出潜力，但也存在一些问题，如 Cas9 表达对果蝇适应性的影响、基因选择的优化等。未来需要进一步研究解决这些问题，以实现更高效、可持续的害虫防治。同时，该研究为其他实蝇科害虫的遗传防治提供了参考，有望推动整个害虫防治领域的发展。
