果蠅可以是廚房里的麻煩。 更為重要的是,這些破壞性很強的害蟲能夠對世界各地農田的水果和蔬菜生產造成嚴重破壞。 核科學和技術通過昆蟲不育技術以環保方式幫助抑制這種害蟲。 原子能機構與聯合國糧食及農業組織(糧農組織)合作,幫助各國實施昆蟲不育技術,這種技術使用輻照對害蟲進行絕育,從而隨時間推移抑制或根除害蟲種群。
通常是,雌性昆蟲在水果中產卵從而破壞果實。 昆蟲不育技術采取的是飼養和釋放數億只昆蟲,所以需要側重于雄性昆蟲,這樣不會破壞農產品或造成經濟損失。 因此,若在輻照前將雄蟲與雌蟲分離,昆蟲不育技術是最高效的。糧農組織/原子能機構聯合中心(糧食及農業核技術)的分子生物學家、今年初在《自然通訊》上發表的一篇論文的合著者Konstantinos Bourtzis說,“只釋放雄蟲可以提高昆蟲不育技術的效率和成本效益,這通常通過遺傳選性品系等分離方法予以實現。”遺傳選性品系能夠在昆蟲發育周期的早期根據性別分離大量昆蟲(參見遺傳選性實現更高效的昆蟲不育技術應用)。 “飼養是昆蟲不育技術成本最高的組成部分之一,”Bourtzis繼續說, “如果我們不需要釋放雌蟲,為什么要飼養雌蟲呢?”
遺傳選性品系需要一個可選擇的基因標記,即一段與昆蟲性別有關聯且可用于將雄蟲與雌蟲分開的特定基因。對于一些最具破壞性的果實蠅害蟲物種—頭狀蠟實蠅(地中海果蠅)、桔小實蠅(東方果蠅)和瓜實蠅(瓜蠅)的遺傳選性品系構建,采用的一個可選擇標記是蛹的顏色。蛹是昆蟲介于幼蟲和成蟲之間的未成熟形態。
在糧農組織/原子能機構聯合中心的專家與若干研究機構合作進行的最近一項研究中,科學家們分離出了控制果實蠅蛹顏色的白蛹基因。Bourtzis 說,“蛹的原始顏色是棕色,而基因突變可以將顏色從棕色變為白色。這使得能夠進行關聯(即棕色蛹顏色與雄蟲關聯,白色蛹顏色與雌蟲關聯)和遺傳選性品系的構建。有趣的是,絕大多數經測試的昆蟲(包括對昆蟲不育技術十分重要的昆蟲物種)都具有白蛹基因。”白蛹基因的分離,加上該基因存在于大多數昆蟲物種中,這二者將使得能夠更快地開發可用于遺傳選性品系的突變品系。作為這一原理的驗證,已開發出地中海果蠅和昆士蘭果蠅(昆士蘭實蠅)具有白蛹突變基因的新品系。
“現在可以有針對性地在新物種中創造這種顏色變種。這可以通過微創基因組編輯有效地進行,無需引入任何外來基因。”該研究的合著者吉森尤斯圖斯-李比希大學昆蟲生物技術研究所的Marc F. Schetelig說,“將這個系統引入新物種將擴大昆蟲不育技術計劃的范圍,并促進實現改良和成功的大面積害蟲治理。”