新的基于CRISPR的基因驱动和更广泛的活性遗传技术正在彻底改变科学家将特定性状从一代转移到另一代的方式。
加利福尼亚大学圣地亚哥分校的科学家们现在开发了一种基因驱动的新版本，为整个人群中特定的，有利的微妙遗传变异(也称为“等位基因”)的传播打开了大门。
4月9日在Nature Communications上描述的新的“等位基因驱动”配备了指导RNA(gRNA)，该指导RNA指导CRISPR系统切割基因的不需要的变体并用该基因的优选形式替代它。新驱动器扩展了科学家通过精确编辑修改生物种群的能力。使用文字处理作为类比，基于CRISPR的基因驱动器允许科学家编辑遗传信息的句子，而新的等位基因驱动器提供逐字母编辑。
在其潜在应用的一个实例中，已经变得对杀虫剂具有抗性的农业害虫中的特定基因可以被原始的天然遗传变体替代，所述原始天然遗传变体使用选择性交换单个蛋白质残基(氨基酸)的同一性的等位基因驱动赋予对杀虫剂的敏感性。
除了农业应用之外，携带疾病的昆虫可能成为等位基因驱动的目标。
“如果我们将这种正常化的gRNA整合到基因驱动元件上，例如，设计用于免疫蚊子对抗疟疾，那么所产生的等位基因驱动将通过群体传播。当这种双重作用驱动遇到抗杀虫剂的等位基因时，它将使用野生型易感等位基因进行切割和修复，“新论文的资深作者Ethan Bier说。“结果是，几乎所有新出现的后代都会对杀虫剂敏感，并且对疟疾传播不敏感。”
“使用等位驱动器迫使这些物种恢复其自然敏感状态将有助于打破不断增加且对环境有害的杀虫剂过度使用的向下循环，”该论文的第一作者Annabel Guichard说。
研究人员描述了等位基因驱动的两个版本，包括“复制切割”，其中研究人员使用CRISPR系统选择性地切割不需要的基因版本，以及更广泛适用的版本，称为“复制移植”，促进在选择性保护免受gRNA切割的位点旁边传播有利的等位基因。
“这项研究的一个意外发现是，这种等位驱动器产生的错误不会传递给下一代，”Guichard说。“这些突变反而产生了一种不同寻常的杀伤力形式，被称为'致命镶嵌现象'。这个过程通过立即消除基于CRISPR的驱动器产生的不必要的突变，有助于提高等位基因驱动器的效率。“
虽然在果蝇中得到证实，但该新技术还具有在昆虫，哺乳动物和植物中广泛应用的潜力。据研究人员称，等位驱动技术的几种变异可以通过作物的有利特性组合来开发，例如，在贫瘠的土壤和干旱环境中茁壮成长，以帮助养活不断增长的世界人口。
除了环境应用，等位基因驱动应该使动物模型的下一代工程能够研究人类疾病，并回答基础科学中的重要问题。作为塔塔遗传与社会研究所(TIGS)的成员，比尔说，等位基因驱动可以用来帮助保护脆弱的特有物种或阻止入侵物种的传播。
目前正在开发用于哺乳动物的基因驱动和活性遗传系统。科学家表示，等位基因驱动可以加速人类疾病动物模型的新实验室菌株，这有助于开发新的治疗方法。
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