Создание цисгенных штаммов для сортировки по полу у вредных насекомых

Почему сортировка крошечных насекомых важна для нас

Каждый год плодоядные мухи повреждают урожай и повышают стоимость продуктов. Один из наиболее успешных и экологичных способов борьбы с этими вредителями — выпуск большого числа стерильных самцов, которые конкурируют с дикими самцами и постепенно сокращают популяцию. Но для эффективной реализации этого подхода на фабриках необходимо разделять миллионы самцов и самок — медленная и подверженная ошибкам задача. В этом исследовании представлен новый, точный способ создания штаммов насекомых, у которых самцы и самки можно легко различить уже на стадии куколки просто визуально, без добавления чужеродной ДНК в их геном.

Более чистый способ создания штаммов для сортировки по полу

Ранее «генетические штаммы для сортировки по полу» создавали у сельскохозяйственных вредителей и переносчиков заболеваний, чтобы упростить разделение полов. Классический пример у средиземноморской плодовой мухи объединяет две полезные черты — окраску куколки и чувствительность к нагреванию — в регионе мужской хромосомы с помощью облучения. Самцы появляются из коричневых куколок, а самки — из белых, а эмбрионы можно подвергать термической обработке так, чтобы выживали только самцы. Однако этот подход может снижать приспособленность, вызывать частичную стерильность у самцов и иногда терять надежность из‑за генетического перераспределения. Он также опирается на сложные хромосомные перестройки, которые трудно воспроизвести в других видах.

Проектирование цисгенной системы сортировки по полу

Авторы поставили цель разработать более простую, стабильную и потенциально более приемлемую систему, которую они называют цисгенным генетическим штаммом для сортировки по полу. «Цисгенный» означает, что все генетические фрагменты взяты из того же вида, без добавления чужеродных генов. Работая со средиземноморской плодовой мухой, они использовали редактирование генома на основе CRISPR, чтобы вставить сегмент пол‑специфического контроля, который естественно присутствует в гене, определяющем женский пол под названием transformer, в ген, контролирующий цвет куколки, известный как white pupae. Этот вставленный сегмент обрабатывается по‑разному у самцов и самок при чтении гена, поэтому один и тот же модифицированный ген ведет себя по‑разному в двух полах.

Преобразование окраски в встроенный маркер пола

Благодаря этой изящной правке куколки самцов и самок теперь имеют разную окраску. У самок вставленный контрольный сегмент вырезается при обработке гена, что позволяет гену white pupae функционировать нормально и давать коричневые куколки. У самцов сегмент остаётся на месте, прерывает ген и блокирует выработку нормального белка, поэтому у самцов развиваются белые куколки. Исследователи закрепили эту модификацию так, чтобы она присутствовала в двух копиях у всех мух, создав новый штамм, который они называют IMPERIAL. В этой линии каждая белая куколка развивается в самца, а каждая коричневая — в самку, что делает сортировку по полу такой же простой, как сортировку по цвету.

Испытания прочности, стабильности и поведения

Чтобы оценить, будет ли IMPERIAL практичен для масштабной борьбы с вредителями, авторы сравнили его как со стандартным дикого типа штаммом, так и с широко используемым генетическим штаммом VIENNA 8. В течение нескольких поколений IMPERIAL сохранял идеальное соответствие между цветом куколки и полом и поддерживал равное соотношение полов 1:1. Напротив, VIENNA 8 часто давал меньше самок, что указывает на скрытую гибель самок или другие издержки. Выживаемость от яйца до взрослой особи и продолжительность жизни взрослых у IMPERIAL были сопоставимы с диким типом и в ряде показателей лучше, чем у VIENNA 8. Развитие от яйца до взрослой особи также, как правило, происходило быстрее, чем у VIENNA 8, у которого особенно самки развивались медленнее. При выборе между самцами всех трёх штаммов самки тестового штамма спаривались с самцами IMPERIAL почти так же часто, как и с самцами VIENNA 8, хотя самцы дикого типа оставались наиболее привлекательными.

Что это значит для будущей борьбы с вредителями

Штамм IMPERIAL демонстрирует, что одна точная правка с использованием только родной ДНК может создать надёжный, визуально различимый маркер, который чётко разделяет самцов и самок у важного сельскохозяйственного вредителя. Поскольку чужеродные гены не добавляются, такие цисгенные штаммы могут оказаться легче регулируемыми и более приемлемыми для общественности, чем полностью трансгенные насекомые, хотя это будет зависеть от местного законодательства. Та же стратегия — заимствование пол‑специфического контрольного сегмента из собственной системы определения пола вида и вставка его в видимый маркерный ген — теоретически может быть применена к другим плодовым мухам и комарам. При дальнейшем тестировании в реальных условиях разведения цисгенные штаммы для сортировки по полу, подобные IMPERIAL, могут сделать выпуски стерильных самцов дешевле, эффективнее и более широко применимыми, помогая защищать урожай и снижать зависимость от широкоспектральных инсектицидов.

Цитирование: Davydova, S., Liu, J., Kandul, N.P. et al. Generating cisgenic sexing strains in insect pests. Commun Biol 9, 363 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-09624-9

Ключевые слова: метод стерильных насекомых, генетический штамм для сортировки по полу, средиземноморская плодовая муха, редактирование генома CRISPR, цисгенный контроль вредителей