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一种培育雄性不育库蚊的方法技术

技术编号:16704410 阅读:49 留言:0更新日期:2017-12-02 18:07
通过敲除其转化体‑2基因可以培育都是雄性的库蚊种群,造成X染色体精子功能障碍,从而产生严重的雄性后代偏向。不同于以往的方法,我们最近发现Tra 2敲除还导致雌性特异性合子死亡(XX)。这种技术也因此被用于杀死可能在以前的敲除过程中存活下来的早期雌性合子(XX),只有当向食品和饮料中添加一种抗菌物质时才能产生都是雄性的后代。抗生素曝光时间的严格限制允许蚊子适应沃尔巴克氏体细菌以生存下来。所选的沃尔巴克氏体细菌可能诱发胞质不相容性(CI)达到100%。因此在自然的环境中,所有转基因后代都是雄性,与被另一个沃尔巴克氏体品系感染的雌性(双向CI)异交或未感染雌性(单向CI)杂交时导致不育。

A method for breeding male sterile Culex mosquitoes

Through the knockout transformants 2 genes can cultivate the male is the mosquito population, causing X sperm dysfunction, resulting in serious bias in male offspring. Unlike previous approaches, we recently found that Tra 2 knockout also led to female specific zygotic death (XX). This technology is also used to kill early female zygote (XX) that may survive in the previous knockout process. Only when adding an antibacterial substance to food and beverage can all male offspring be produced. Strict restrictions on the exposure time of antibiotics allow the mosquitoes to adapt to the Verba J S body bacteria to survive. The selected Wolbachia bacteria could induce cytoplasmic incompatibility (CI) to 100%. Therefore, in the natural environment, all the transgenic offspring are male, and it is infertile with another female CI infected by the other two species (two-way CI).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种培育雄性不育库蚊的方法
本专利技术涉及一种培育雄性不育库蚊的方法,以用作防蚊措施。
技术介绍
一种专利技术用于控制昆虫种群的方法被称为“昆虫不育技术”或SIT,该方法一直被视为有效的、具有种属特异性并且环保的害虫种群控制方法。SIT法可通过辐射或不育剂培育雄性不育昆虫,将其释放至自然栖息地,雄性不育昆虫将在自然栖息地本能地寻找雌性进行交配。当长期释放出大量的不育雄性时,可能导致自然昆虫种群崩溃,甚至灭绝1-3。使用SIT法的一个例子是,人们利用该方法已经成功消灭了美国南方各州、墨西哥和中美洲各国的新大陆螺旋蝇(Cochliomyiahominivorax)4。由SIT法培育的昆虫需要接受雌雄鉴别,以排除雌性个体;这是因为,如果释放包含不育雌性的大量昆虫,他们将会寻找血餐,并且可能传播疾病(对于蚊子)或造成水果腐败(对于苍蝇)5。然而以物理方式区分种群中的雄性昆虫非常费力;此外,这样做会导致小型昆虫受伤,例如蚊子(未公布数据)。蚕采用另一种方法进行性别鉴定,易位染色体片段连接在性染色体上为不同卵色进行编码的基因上,但蚊子体内不存在这样的标记6-7。与野生雄性相比,通过辐射或化学药剂产生的突变体通常伴随有雄性交配竞争力显著下降,这可能会导致涉及释放雄蚊的控制策略失效。此刻社会最关心的是,昆虫遗传修饰技术还不够先进,不足以替代SIT法。这是因为通过繁殖交配进入野生蚊子体内的转基因可能导致意外后果。一旦发生这种情况,弥补不良后果变得非常困难,甚至是不可能逆转的5。很多SIT试验都曾经释放过蚊子。在这些情况下,虽然这些方案不足以在非隔离区域产生效果,但一般能够观察到对产卵不育性和野生种群密度的适度影响。这种失效是由于三个主要因素导致的:(1)由于缺少性别鉴定,产生的雄性数量不足以用于释放;(2)雄性健康状况下降和(3)外来种群进入释放区域;在继续进行新的SIT试验之前,急需解决这些问题5。在缅甸,人们利用沃尔巴克氏体-诱导的致倦库蚊细胞质不亲和性(CI)对SIT进行了改进。当被沃尔巴克氏体感染的雄性与被另一种沃尔巴克氏体菌株感染的雌性或未受感染的雌性交配时,发生CI(双向CI)。这个项目使用经过CI绝育的雄性蚊子,可以快速灭绝致倦库蚊8的隔离种群。虽然这似乎是进行病媒生物控制的有效方法,但在实施大规模释放计划之前清除大量雌性个体的成本高昂。此外,如果在没有非隔离区域没有足够的雄性可供释放,当然控制计划会失败。ONeill提供了一种方法,可以使没有以自然方式获得沃尔巴克氏体的蚊子感染新的沃尔巴克氏体9。此方法包括在蚊子细胞株中培养沃尔巴克氏体并将其注入蚊子胚胎的步骤。据称这种新的转染方法能够保护宿主免受病原体感染同时还能改变宿主的一些生物学特性。为了在病媒生物控制中实施此方法,专利技术者需要将雌性蚊子释放到自然栖息地,因为沃尔巴克氏体仅通过生殖传播。Dobson提出了一种将新的沃尔巴克氏体转染至蚊子体内的微注射方法,通过胚胎细胞质转移,从宿主转移至非宿主物种10。该方法使用CI作为控蚊工具,将感染沃尔巴克氏体的雄性蚊子释放至尚未以自然方式感染沃尔巴克氏体的蚊子种群。该方法需要在释放之前以机械方式分离雌性蚊子。Asburner等公开了转化带有外源DNA的昆虫物种的方法11。这些方法为生产转基因物种提供了新的途径。DeVault等12,13专利技术了一种两段式方法,对SIT流程进行了改进;通过稳定插入雌性特异性启动子以表达致死基因,对昆虫的性别进行区分。该方法可以成功地杀死雌性并获得全部是雄性的种群。然后可以通过辐射或化学处理对雄性进行绝育,并释放到环境中。然而,通过辐射或化学处理对雄性进行绝育可能导致雄性健康状况显著下降,这意味着需要释放比简单模型所预测数量多得多的雄性。蚊子群体中的50%是雌性;与能够产生100%雄性的方法相比,该方法设计用于杀死雌性以获得50%的雄性。Bello等14评估了Tet-off四环素调控基因表达系统在果蝇体内的效果,采用的方法是通过表达四环素控制的反式激活蛋白(tTA)生成转基因株系,在胚胎和幼虫发育过程中采用特异表达模式。ANTP的条件表达对果蝇胚胎会产生致命的影响。该研究者指出,通过促进tTA表达的调控序列和四环素,可以分别在空间上和时间上密切监控四环素诱导启动子控制下的基因表达。这为创建用于控制昆虫体内基因表达的多功能二元系统及其潜在应用提供了基础。为了避免辐射损伤,一种名为RIDL(释放携带显性致死基因昆虫)的新方法已经被申请专利15,16。RIDL由显性致死基因产生杀伤力并利用四环素抑制反式激活蛋白(tTA)来控制类似于Bello所使用基因的表达(见上面的例子)。显性致死基因的调控系统需要使用Tet-off系统。在实验室饲养条件下,当存在四环素或强力霉素(物质)时,可以保持允许条件。如果物质被清除,该体系将会被激活并导致死亡。高效抑制RIDL系统首先在果蝇模型中展示,然后是地中海果蝇。在伊蚊中,RIDL已被证明是有效的,与野生雄性相比,人工培育的雄性蚊子没有显示出任何健康状况下降17,18。然而,RIDL的现场试验受到很多居民和环保人士的坚决反对,他们对释放数以百万计的转基因蚊子(由于在性别鉴定步骤中的识别错误,每个试验中包括0.5%的雌性蚊子)感到不安。此外,RIDL后代中约3%甚至可以在存在四环素(TET)或强力霉素(Dox)的情况下存活下来;这显示出转基因蚊子通过繁殖交配进入野生蚊子会出现发生不可预知后果的风险19。Heinrich和Scott报道20了同时使用RIDL系统和Tet-off系统进行生物防治,以果蝇为模型系统,实现雌性特异致死,其中蛋黄蛋白1(YP1)启动子用于驱动雌性特异tTA,并将TRE增强子与细胞死亡基因—头部退化缺陷基因(hid)连接起来。Fu等21结合了RIDL系统和来自埃及伊蚊的内源性雌性特异性肌动蛋白-4启动子。tTA蛋白质在飞行肌中的过度表达可以通过Tet-off系统进行调控,并导致雌性失去飞行功能。性别鉴定问题由此得到解决,存活的雄性后代可以将转化基因传递给下一代,但是,这种方法有其不足之处;雄性仍然携带无法飞行的基因,需要食用不含四环素的食物,与野生雄性相比,用于飞行的时间减少21%22。此外,当大量不会飞行的雌性蚊子仍停留在水面上时,它们的身体和腿的动作可能妨碍其他雄性的羽化,使雄性最终被淹死。由于这个原因,在工业养虫室中,以高密度饲养是唯一的选择。此外,经转化的雄性将转基因物质传递至自然群体,这被认为是违反了卡塔赫纳生物安全议定书的生物多样性方针。Hoang和Hoang23提出了一种方法,以转基因方式获得全部为雄性的库蚊群体。该专利申请利用了我们对库蚊中转换基因-2的研究结果;具体地,敲除该基因导致带有X染色体的精子死亡。在这种情况下,我们建议通过早期精子特异性启动子(例如β2)24促进Tra-2RNAi干扰基因的构建。该RNAi将通过胞质桥被分配至所有精母细胞和精子细胞;因此没有X染色体的精子才能存活下来。通过该方法创建的所有雄性都具有繁殖能力,因此遗传系统可以通过Tet-off系统调控;其中没有激活杀死精子的物质(因此产生的都是雄性)。用这种方法产生的遗传性别鉴定菌株可产生都是雄性的群体,从而直接用于病媒生物控制策略。简单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种培育全雄性不育库蚊的方法,其中包括:i)培育库蚊生物品系,所述库蚊品系携带一个或多个插入的Tet‑on+转化子‑2遗传敲除系统,以沉默内源性Tra‑2基因,其中所述敲除效应仅发生在所述饲养条件下(实验室或饲养),所述敲除系统只能通过添加所述物质激活,所述Tra‑2敲除系统可以在雄性精子形成期间表达,并杀死带有X(m)染色体的精子,当X(m)染色体的精子存活时表达可杀死早期雌性受精卵,所有类型的敲除效应将产生严重的雄性偏向,雄性后代可达100%;ii)在缺乏所述物质的情况下形成所述育种品系,因此在自然环境中的物种沉默,该物质在自然栖息地不存在,只能通过喂养提供给转化昆虫从而诱导敲除系统;iii)所述昆虫品系还携带一个或多个内共生沃尔巴克氏体,其中雌性感染昆虫与Tet‑on+Tra 2 RNAi品系雄性杂交,或通过胚胎细胞质感染昆虫,向目标物种的成年雌性的胸肌中进行微量注射,以生成人工细菌感染蚊子(所述沃尔巴克氏体不同于那些天然种群中可能已经存在的沃尔巴克氏体,如果雄性与自然种群选育的雌性昆虫杂交,可诱导胞质不相容性(Ci)),其中所述添加剂抗生素物质在Tra 2 RNAi的生命周期中的短暂存在,以允许沃尔巴克氏体可安全地保留在昆虫的品系内;iv)将所述品系的雄性Tet‑on+Tra 2 RNAi/沃尔巴克氏体后代释放至自然种群中,不需要性别鉴定步骤以清除雌性,可以通过喂养野生雌性实现种群控制,通过CI对其进行部分或全部绝育。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种培育全雄性不育库蚊的方法,其中包括:i)培育库蚊生物品系,所述库蚊品系携带一个或多个插入的Tet-on+转化子-2遗传敲除系统,以沉默内源性Tra-2基因,其中所述敲除效应仅发生在所述饲养条件下(实验室或饲养),所述敲除系统只能通过添加所述物质激活,所述Tra-2敲除系统可以在雄性精子形成期间表达,并杀死带有X(m)染色体的精子,当X(m)染色体的精子存活时表达可杀死早期雌性受精卵,所有类型的敲除效应将产生严重的雄性偏向,雄性后代可达100%;ii)在缺乏所述物质的情况下形成所述育种品系,因此在自然环境中的物种沉默,该物质在自然栖息地不存在,只能通过喂养提供给转化昆虫从而诱导敲除系统;iii)所述昆虫品系还携带一个或多个内共生沃尔巴克氏体,其中雌性感染昆虫与Tet-on+Tra2RNAi品系雄性杂交,或通过胚胎细胞质感染昆虫,向目标物种的成年雌性的胸肌中进行微量注射,以生成人工细菌感染蚊子(所述沃尔巴克氏体不同于那些天然种群中可能已经存在的沃尔巴克氏体,如果雄性与自然种群选育的雌性昆虫杂交,可诱导胞质不相容性(Ci)),其中所述添加剂抗生素物质在Tra2RNAi的生命周期中的短暂存在,以允许沃尔巴克氏体可安全地保留在昆虫的品系内;iv)将所述品系的雄性Tet-on+Tra2RNAi/沃尔巴克氏体后代释放至自然种群中,不需要性别鉴定步骤以清除雌性,可以通过喂养野生雌性实现种群控制,通过CI对其进行部分或全部绝育。2.一种根据权利要求1所述的有机体,其中用于创建RNAi基因重组构建物(长dsmRNA、shRNA或miRNA)的任何序列可用于所述有机体...

【专利技术属性】
技术研发人员:黄阳清黄金福
申请(专利权)人:黄阳清
类型:发明
国别省市:越南,VN

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