CRISPR“剪刀”改变蚁群种系

来源:细胞

来自我们记者的消息: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和复杂生物中的特殊细胞类型。最近，两个独立的研究小组报告说，他们用CRISPR处理蚁卵，从而改变了整个蚁群的种系。相关论文最近发表在《细胞》杂志上。

"这些研究证明，人们也可以改变蚂蚁的基因."其中一篇论文的资深作者、美国洛克菲勒大学的助理教授丹尼尔·克罗纳说:“如果你对研究社会行为及其遗传基础感兴趣，蚂蚁是一个很好的系统。现在我们可以剔除任何影响社会行为的基因，并观察其效果。”

因为蚂蚁生活在蚁群中，这种动物是研究复杂生物系统的有价值的模型。然而，由于生命周期的复杂性，蚁群很难在实验室中生长和研究。因此，研究人员使用了两种不同的蚂蚁来寻找解决方案。

洛克菲勒大学的团队使用了一种无性攻击蚂蚁(Ooceraea biroi)，它的蚁群没有蚁后。相反，未受精的卵可以发育成无性个体，它们可以通过孤雌生殖产生更多的蚂蚁。“这意味着我们可以使用CRISPR来修饰蚂蚁卵，并快速培养含有我们想要研究的基因突变的蚁群。”克罗纳说。

另一个团队由来自纽约大学、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的研究人员组成，他们使用了印度跳蚁。“我们选择这种蚂蚁是因为它们的一个特点是，工人很容易变成蚁后。”第二篇论文的资深作者，纽约大学的克劳德·德斯普说。

这样，如果女王死了，年轻的工蚁就会为主权“决斗”。最后，他们中的一个成为了“产卵皇后”，并开始产卵。"在实验室里，我们可以注射任何工蚁的胚胎来改变其基因组成."Desplan说，“然后把这只工蚁变成产卵女王，以便把这个新基因扩展到整个蚁群。”

在这两项研究中，研究者使用CRISPR技术剔除的基因被称为orco(气味受体共受体)。蚂蚁有350个气味受体基因。由于气味受体操作的独特生物学特性，研究人员可以通过一次敲除来阻断所有350个基因。"每个接收者都需要与orco合作才能有效."洛克菲勒大学论文的第一作者、克罗纳实验室的学生沃林·特里布尔说。

一旦基因被剔除，蚂蚁会忽略它们通常用来交流的信息素信号。失去这些化学线索后，它们变得自私:它们离开巢穴四处游荡，不再寻找食物。

更令人惊讶的是，击倒半兽人也会影响两只蚂蚁的大脑解剖特征。蚂蚁的大脑中也有处理感觉和嗅觉信号的特殊中心，但是当基因被剔除后，它们的感觉中心——称为触手叶纤维球——就基本上消失了。

"我们还没有完全理解其原因。"克罗纳说，“我们不知道这个区域的神经细胞是因废弃而死亡，还是它们在开始时没有发育。我们需要进一步追踪这个问题，并最终将其扩展到哺乳动物。”

专家表示，从生物化学的角度更好地理解行为是如何形成的，有助于揭示社会互动中的哪些变化是精神分裂症或抑郁症等疾病的特征。

在宾夕法尼亚大学罗伯托·博纳西奥研究小组的第三项相关研究中，科学家们使用黑化诱导的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蚁成为产卵蚁后。

“像蚂蚁这样的群居动物是研究基因如何影响行为的绝佳模型。这是因为它们生活在具有相同基因组的个体群体中，但它们有完全不同的行为。”一些专家评论说。(张张)

中国科学新闻(2017-08-14，第二版国际)