Bcutra在瓜实蝇性别决定和遗传工程防治中的作用研究

Bactrocera cucurbitae is one of very destructive pests in tropical and sub-tropical areas, particularly in Hainan province. We have previously identified the sex determination gene transformer (Bcutra) in Bactrocera cucurbitae and found its sex-specific alternative splicing mode. In the project Bcutra will be knocked-out using CRISPR/Cas9 technology, the influence of Bcutra on the development of reproductive organs and on the reproductive ability of Bactrocera cucurbitae will be studied after Bcutra is mutated, and then its role in sex determination of Bactrocera cucurbitae will be determined. We will obtain the controllable female-lethal construct by combining sex-specific splicing mode of Bcutra, tetracycline on/off system of controlling gene expression, and cellular toxic protein tTAV; and obtain genetically engineered Bactrocera cucurbitae lines with 100% female-lethality but developmentally normal males, and study the control effects of these lines to the pest population. The research in this project will clarify the functions of Bcutra in sex determination of Bactrocera cucurbitae and its genetic engineering control, therefore providing the theoretical and practical basis of genetic engineering control method for Bactrocera cucurbitae and other pests.

瓜实蝇（Bactrocera cucurbitae）是危害我国热带和亚热带地区果蔬类作物重要害虫之一，在海南省危害特别严重。我们已经鉴定瓜实蝇性别决定基因transformer（Bcutra）并发现了其性别特异的可选择性剪接方式。本项目拟利用CRISPR/Cas9技术敲除Bcutra，研究Bcutra突变对瓜实蝇生殖器官发育和生殖能力的影响，确定该基因在性别决定中的作用。然后利用该基因性别特异剪接方式并结合四环素表达控制系统和细胞毒性蛋白tTAV构建可控型雌性致死表达载体，通过转基因技术获得遗传工程修饰的瓜实蝇，筛选出雌性致死效率达100%但雄性生长发育正常的品系，研究该品系对瓜实蝇种群繁殖的影响。通过本项目研究，可望阐明Bcutra在瓜实蝇性别决定和遗传工程防治中的作用，为将来应用于瓜实蝇及其它害虫防控奠定理论和应用研究基础。

性别发育，通过性别决定机制决定并维持，是昆虫种群繁衍延续的基础。从研究害虫性别决定机理出发，即能丰富性别决定机制，又能运用现代生物技术干扰害虫的性别发育和抑制害虫繁殖，探索和发展新的绿色防治方法。.瓜实蝇（Zeugodacus cucurbitae）是危害我国热带和亚热带地区果蔬类作物重要入侵害虫之一，在海南省危害特别严重。本项目在我们前期研究瓜实蝇性别决定基因transformer（tra）的成果基础上，通过CRISPR介导的基因编辑和RNAi方法研究了tra及其上游调控基因ZcMoY在瓜实蝇性别决定中的作用，不但确定了tra是调控瓜实蝇性别决定的关键基因，其敲除或敲降导致瓜实蝇性别发育异常，而且我们新发现tra还调控瓜实蝇的剂量补偿通路。利用tra性别特异剪接的特点，我们开展了瓜实蝇雌性特异性致死控制瓜实蝇种群的研究，获得了多个转基因瓜实蝇品系，评估了其致死效率，但遗憾的是没有获得100%特异致死瓜实蝇的品系，现正进一步优化以提高致死效率。利用tra突变会导致XX核型的雌虫发育为假雄虫的特点，结合CRISPR介导的基因驱动，构建了以tra为靶标的瓜实蝇驱动品系，发现驱动效率高，能高效促进瓜实蝇雌虫转变为雄虫，从而具有控制瓜实蝇种群的巨大潜力。.通过上述研究，我们不但澄清了tra在瓜实蝇性别决定和剂量补偿中的作用，丰富了昆虫的性别决定机理，而且为利用tra的分子机理开展瓜实蝇的遗传防控奠定了良好的基础。