Research Abstract


Non-transgenic genome modifications in a hemimetabolous insect using zenc-finger and TAL effector nuleases

2012年8月21日 Nature Communications 3 : 1017 doi: 10.1038/ncomms2020

不完全変態、すなわち幼虫から蛹を経ずに変態をする昆虫は系統学的には比較的下等であり、多数の害虫がこれに含まれる。しかし、巧妙に作られた遺伝学的モデル系、あるいは標的遺伝子操作系が存在しないことが、不完全変態種の研究を妨げてきた。我々は、ジンクフィンガーヌクレアーゼ法とTAL(transcription activator-like)エフェクターヌクレアーゼ法を用いて、不完全変態昆虫であるフタホシコオロギ(Gryllus bimaculatus)で遺伝子ノックアウトを行った。ジンクフィンガーヌクレアーゼ、あるいはTALエフェクターヌクレアーゼをコードするmRNAをコオロギの胚に顕微注射した結果、標的とした導入遺伝子あるいは内在性遺伝子に塩基配列特異的な突然変異が生じた。ジンクフィンガーヌクレアーゼを顕微注射したコオロギの最大48%で破壊された対立遺伝子が遺伝したのに対し、TALエフェクターヌクレアーゼを顕微注射したコオロギでこのような対立遺伝子が遺伝したのは17%だった。Surveyor(Cel-1)ヌクレアーゼを用いる変異検出アッセイによってヘテロ接合の子孫を選別し、さらに兄弟間の交配でホモ接合のノックアウトコオロギを作り出した。この方法は、突然変異表現型、あるいは対象となる生物の遺伝学的扱いやすさとは無関係であり、遺伝子導入によらない戦略を使う害虫管理に応用できる可能性がある。

渡辺 崇人1, 落合 博2, 佐久間 哲史2, Hadley W. Horch3, 濱口直也1, 中村 太郎1, 板東 哲哉1, 大内 淑代1, 山本 卓2, 野地 澄晴1 & 三戸 太郎1

  1. 徳島大学大学院 ソシオテクノサイエンス研究部ライフシステム部門
  2. 広島大学大学院 理学研究科 数理分子生命理学専攻
  3. ボードイン大学(米国)
Hemimetabolous, or incompletely metamorphosing, insects are phylogenetically relatively basal and comprise many pests. However, the absence of a sophisticated genetic model system, or targeted gene-manipulation system, has limited research on hemimetabolous species. Here we use zinc-finger nuclease and transcription activator-like effector nuclease technologies to produce genetic knockouts in the hemimetabolous insect Gryllus bimaculatus. Following the microinjection of mRNAs encoding zinc-finger nucleases or transcription activator-like effector nucleases into cricket embryos, targeting of a transgene or endogenous gene results in sequence-specific mutations. Up to 48% of founder animals transmit disrupted gene alleles after zinc-finger nucleases microinjection compared with 17% after microinjection of transcription activator-like effector nucleases. Heterozygous offspring is selected using mutation detection assays that use a Surveyor (Cel-I) nuclease, and subsequent sibling crosses create homozygous knockout crickets. This approach is independent from a mutant phenotype or the genetic tractability of the organism of interest and can potentially be applied to manage insect pests using a non-transgenic strategy.