家蚕的性染色体为ZW型,雄性为ZZ,雌性为ZW。雌性具有独特的W染色体,其序列高度重复。该研究组合了TALEN和CRISPR/Cas9两种基因组编辑工具,利用TALEN介导的同源重组将胚胎发育极早期启动子nos驱动的Cas9表达框定点整合到W染色体特定位点,构建了雌性特异表达Cas9的品系。前期研究发现,敲除家蚕性别决定通路中一个重要因子tra2后会导致家蚕胚胎致死(PLoS
Genetics
,2017),这提供了理想的靶标基因位点。靶向tra2的转基因sgRNA表达品系与雌性特异表达Cas9的品系杂交后,只有雌性个体中才会同时有Cas9和sgRNA的表达,导致tra2被定点敲除,从而诱发胚胎致死;而雄性个体因无W染色体存在,没有Cas9的表达,不会受到任何影响。该研究构建的雌性胚胎特异致死系统整合了piggyBac转座子、TALEN、CRISPR/Cas9等多种遗传操作工具、采用了转基因、基因定点敲除和敲入等多种遗传操作手段,也是首次利用基因组编辑工具针对昆虫性染色体实施的基因定点整合,在蚕业生产和鳞翅目害虫防治中都有较高的应用价值。

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[video:20171126中科院:发现染色体敲除手段有望治疗唐氏综合征]

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上海生科院在昆虫性别调控研究中取得进展

用CRISPR/Cas9介导的Y染色体敲除获得特纳综合征小鼠

昆虫性别决定机制具有高度多样性,其分子机理还有待于进一步阐明。近年来,植生生态所黄勇平研究组和谭安江研究组以鳞翅目模式昆虫家蚕为主要研究对象,在阐明其性别决定和调控机制研究方面取得一系列成果。除发现多个家蚕性别决定通路的重要调控因子外(Insect
Molecular Biology
, 2014; PLoS
Genetics
,2017,2018),还构建了转座子介导的家蚕雌性幼虫致死(PNAS,2013)、基因组编辑介导的家蚕雄性或雌性不育(IMB,2014;IBMB,2017)等多种性别调控系统。

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