CRISPR“剪刀”改变蚁群种系
时间:2017-12-07

  CRISPR“剪刀”改变殖民地的殖民地 - 新闻 - 科学网

  基因编辑技术CRISPR彻底改变了基因研究的方式。目前,该技术已被广泛用于修饰单细胞生物体和复杂生物体中的特定细胞类型。最近,两个独立的研究小组报告说,他们使用CRISPR处理蚂蚁卵,从而改变了整个蚁群的种系。相关论文近日在“细胞”杂志上发表。

  这些研究表明,人们也可以改变蚂蚁的遗传密码。美国洛克菲勒大学(Rockefeller University)的一篇论文和助理教授的副教授Daniel Kronauer说,如果你有兴趣研究社会行为及其遗传基础,蚂蚁就是好的系统。现在我们可以敲除任何影响社会行为的基因并观察其影响。

  由于蚂蚁生活在蚂蚁中,这种动物是研究复杂生物系统的宝贵模式。但是,由于生命周期的复杂性,群体在实验室中难以成长和学习。所以,研究人员用两种不同的蚂蚁来寻找解决办法。

  洛克菲勒大学的研究小组使用的Ooceraea biroi在其殖民地没有皇后,相比之下,未受精的卵发育出无性繁殖的个体,可以利用单亲繁殖产生更多的蚂蚁,这意味着我们可以使用CRISPR来修饰蚂蚁卵,包含我们想要研究的突变的菌落。Kronauer说。

  另一个由纽约大学,纽约大学医学院,亚利桑那州立大学,宾夕法尼亚大学医学院和范德比尔特大学研究人员组成的团队使用印度料斗。我们选择这种蚂蚁是因为他们的特点之一就是工蚁可以很容易地变成皇后。纽约大学的Claude Desplan,第二篇文章的资深作者说。

  这样,如果皇后死了,年轻的工蚁就会为了统治而战。最后,其中一个变成产卵,开始产卵。在实验室里,我们可以给任何工蚁注入胚胎来改变它们的基因组成,Desplan说工人变成了一个产卵王后,以便把新基因扩展到整个群体。

  在两项研究中,研究人员使用CRISPR技术敲除的基因被称为orco(气味受体共同受体)。蚂蚁有350个气味受体,由于其气味受体的独特生物学特性,研究人员可以用一个基因敲除来阻止所有的350个基因。每个接收器需要与orco一起工作才能生效。克洛诺实验室的学生沃林·格里布尔(Waring Trible)是洛克菲勒大学(Rockefeller University)论文的主要作者。

  一旦基因被敲除,蚂蚁就会忽略它们通常用来沟通的信息素信号。当他们失去了这些化学线索时,他们就会变得自私:他们从窝里溜走,停止寻找食物。

  更令人惊讶的是,淘汰orco也会影响两种蚂蚁的大脑解剖结构。也有蚂蚁的大脑致力于处理感官和嗅觉线索,但是当基因被敲除时,它们的感觉中心(被称为触角裂片)失去了很多。

  我们不完全明白为什么会发生这种情况。克洛诺说,目前还不清楚这个地区的神经细胞是不是已经死了,还是从一开始就没有发育。我们需要进一步跟踪这个问题,最后我们可以把它扩展到哺乳动物。

  专家说,更好地理解行为如何形成生化有助于揭示社会交往中的哪些变化是精神分裂症或抑郁症等疾病的特征。

  在宾夕法尼亚大学Roberto Bonasio研究小组进行的第三项相关研究中,科学家利用黑化来诱导神经肽来改变蚂蚁的行为。结果表明,黑化诱导的神经肽类似于脊椎动物的生殖激素,这种激素可以防止工人变成排卵。

  蚂蚁等社会动物是基因如何影响行为的极好模型。这是因为他们生活在共享相同基因组但具有非常不同行为的人群中。一些专家评论说。 (张章)

  “中国科学”(2017-08-14第二版国际)