每日科研进展 l 2023.03.30 l 朱红色基因座的基因组编辑为洲脊胸长椿生成了一个可见的眼睛颜色标记

2023年3月30日科研进展：通过朱红色基因座基因组编辑，成功为洲脊胸长椿构建可见眼睛颜色标记，并揭示其身体色素合成机制。研究利用CRISPR/Cas9技术敲除朱红色基因（of-vermillion），生成X染色体连锁的红色眼睛突变体，结合RNA干扰验证色素合成通路基因功能，为该害虫的遗传研究提供重要工具。研究背景与目标研究对象：洲脊胸长椿（Oncopeltus fasciatus），属半翅目刺吸式昆虫，是农业害虫及疾病传播媒介。科学问题：昆虫眼睛和身体颜色由色素合成基因调控，此类基因可作为理想遗传标记。研究旨在筛选对生存无害且表型明显的颜色标记基因，以支持该物种的遗传学研究。技术路线：通过亲本与若虫RNA干扰（RNAi）筛选候选基因，结合CRISPR/Cas9基因编辑构建突变体，验证基因功能与表型关联。图：洲脊胸长椿野生型（左）与朱红色突变体（右）的眼睛颜色对比关键实验与发现朱红色基因（of-vermillion）的定位与编辑通过CRISPR/Cas9敲除of-vermillion，生成三个独立的功能丧失突变系（Of-v1/v2/v3）。基因定位显示of-vermillion位于X染色体，这是该物种首次将基因分配至特定染色体。表型特征：纯合突变体眼睛呈亮红色（野生型为黑色），且生存能力与繁殖力未受显著影响。图1：CRISPR/Cas9编辑流程及突变体生成示意图色素合成通路的验证RNAi实验：敲低共色素通路基因of-st（眼黄素合成酶）和of-v，导致棕色眼色素沉积丧失（图2），证实二者协同调控红色色素合成。功能互补验证：在突变体中回补of-xdh1（果蝇rose同源基因，参与眼黄素合成），恢复红色色素沉积，明确其关键作用。图2：RNAi敲低of-st和of-v后眼睛颜色变化（左：野生型；中：of-st敲低；右：of-v敲低）身体颜色调控机制基因交互作用：在Of-v3突变体背景中敲除of-xdh1，昆虫体色由红色变为亮黄色（图3），表明眼黄素（ommochromes）与蝶啶（pteridines）共同决定身体颜色。代谢路径分离：of-vermillion主要影响眼黄素合成，而of-xdh1缺失导致蝶啶积累，二者独立调控不同色素通路。图3：Of-v3（左）与Of-v3;xdh1-/-（右）体色对比研究意义与应用遗传工具开发：首次为洲脊胸长椿建立基于基因的可见标记（红色眼睛），支持后续基因功能研究及种群追踪。害虫防控潜力：通过调控色素合成基因可能干扰昆虫视觉或行为，为新型防治策略提供靶点。比较基因组学价值：揭示半翅目昆虫色素合成机制的保守性与特异性，助力理解昆虫表型多样性演化。原文链接：https://doi.org/10.1038/s41598-023-31145-2