2025年1月24日，太阳集团见好就收9728Jackson Champer课题组与合作者在《Nature Communications》期刊上发表了题为“Gene drive-based population suppression in the malaria vector Anopheles stephensi”的研究论文。该研究利用基因驱动系统成功构建了不育斯氏按蚊品系，通过抑制其繁殖能力以降低种群数量，为开发更为高效、环保的疟疾防控工具提供了重要的研究基础。

疟疾是全球最严重的传染病之一，每年导致数十万人死亡。斯氏按蚊（Anopheles stephensi）是亚洲地区重要的疟疾传播媒介，近年来在非洲部分地区也呈现入侵趋势。传统的疟疾防控手段主要依赖化学杀虫剂控制媒介种群，但长期使用杀虫剂导致蚊虫抗药性问题日益严重，防治效果逐渐下降。基因驱动技术作为一种新兴的遗传控制工具，能够通过抑制蚊虫繁殖能力减少种群数量，从而阻断蚊媒疾病的传播。与传统化学手段相比，基因驱动技术具有物种特异、环境友好等优点，是潜在的替代策略。

目前最为强大的基因驱动系统是基于CRISPR-Cas9基因编辑技术的归巢基因驱动（homing gene drive）。在携带驱动等位基因的杂合子中，驱动等位基因通过表达Cas9/gRNA靶向切割野生型等位基因，产生DNA双链断裂，再通过细胞自身的同源定向修复机制实现杂合子到纯合子的转变，即发生“归巢（homing）”。在种系中发生归巢，可使后代的驱动等位基因遗传率超过50%，从而实现“超孟德尔遗传”。这种遗传方式能够使驱动等位基因在种群中快速传播。然而，当细胞采用末端连接修复而非同源定向修复时，可能导致野生型等位基因产生突变并且无法再被Cas9/gRNA识别和切割，从而形成抗性等位基因，阻碍驱动系统在种群中的传播。因此，减少抗性等位基因（特别是功能性抗性等位基因）的产生，对于构建高效基因驱动系统至关重要。

通过靶向生殖或生长发育关键基因设计基因驱动，可实现种群抑制的目的。前人已在非洲疟疾媒介冈比亚按蚊Anopheles gambiae中针对性别决定基因dsx构建归巢基因驱动，通过破坏雌性特异转录本以抑制雌蚊生育能力，并最终消灭蚊虫种群 ¹。该系统表现出极高的驱动遗传率，在小型笼养实验中能够迅速传播并成功抑制种群，但在大规模野外释放的实际应用中，该系统仍然面临诸多挑战。例如，基因驱动可能因靶点产生功能性抗性等位基因而失效。此外，雌性杂合子适合度的下降也可能削弱其种群抑制效果。因此，需要进一步优化基因驱动策略。目前，在亚洲重要疟疾媒介斯氏按蚊中，尚未建立用于种群抑制的基因驱动系统，相关研究亟待推进，以应对其传播疟疾的严峻挑战。

针对这些问题，研究团队在前期计算建模研究²的基础上，针对斯氏按蚊dsx基因位点开发了一种归巢基因驱动，并采取多种优化方式提升其性能。例如，采用多个gRNA靶点以减少功能性抗性等位基因的产生，以及选用不同的Cas9启动子以降低雌性的适合度代价。研究团队成功通过显微注射获得了带有驱动元件的转基因品系，并通过杂交实验测试驱动效率。结果表明，该驱动系统在斯氏按蚊雌雄虫中均表现出中等的驱动遗传率（图1）。

图1 种群抑制型基因驱动。（A）基因驱动元件（HSDdsx）设计。（B）种群抑制型归巢驱动原理示意图。（C）雌雄杂合子的后代驱动遗传率分析。

进一步观察发现，携带驱动等位基因的杂合雌雄个体均可育，表型与野生型相似；但驱动纯合的雌性和雄性均不育，表现出间性表型（图2）。这与冈比亚按蚊中的报道有所差异，后者仅在纯合雌性中观察到不育间性表性。计算模型显示，该系统仅在纯合雄性可育且存在竞争或捕食压力的情况下能够成功抑制目标种群。这一结果强调了在构建种群抑制型基因驱动时进行特定物种评估的必要性。此外，深度测序分析表明该系统的抗性等位基因的形成率极低，并且未检测到功能性抗性等位基因，符合实验预期。

图2 形态学分析。XX和XY分别表示基因水平上的雌性和雄性。

图3 HSDdsx与 vasa-Cas9 品系杂交方案及后代中的驱动遗传情况。（A）杂交流程示意图。（B）不同品系的荧光表型示意图。（C）两种等位基因遗传率分析。

为了进一步提高归巢效率，研究团队将该驱动品系与一个携带vasa-Cas9表达元件的转基因品系结合，构建组合驱动系统以提高Cas9/gRNA在种系中切割靶基因的效率。实验结果显示，该组合驱动可将雄性的驱动遗传率提高到100%，同时导致雌性杂合子不育（图3）。计算模型显示，与目前已投入实际应用的昆虫不育技术（SIT）和雌性特异性释放携带显性致死基因昆虫技术（fsRIDL）相比，类似的组合驱动能够在更低的释放率下实现种群抑制，展现出更强的种群控制能力。而与归巢驱动相比，该系统对于目标种群外的其它种群影响更小，生物安全风险更低。

这项研究不仅首次在斯氏按蚊中成功构建了种群抑制型基因驱动，也为其他蚊媒传染病的防控提供了重要的技术参考。随着基因驱动系统的不断发展和优化，它有望成为一种高效、环保的种群控制工具，在未来大幅减少疟疾等蚊媒传染病的传播，为全球公共卫生安全做出重要贡献。

这项工作由太阳集团见好就收9728Jackson Champer课题组和重庆师范大学我院何正波课题组合作完成。太阳集团见好就收9728博士后徐雪娇为论文第一作者，Jackson Champer研究员、何正波教授和博士后徐雪娇为共同通讯作者。这项工作得到了国家自然科学基金、太阳集团见好就收9728和北大-清华生命科学联合中心的支持。

参考文献：

1.       Kyrou, K. et al. A CRISPR-Cas9 gene drive targeting doublesex causes complete population suppression in caged Anopheles gambiae mosquitoes. Nat Biotechnol 36, 1062–1066 (2018).

2.       Champer, S. E., Kim, I. K., Clark, A. G., Messer, P. W. & Champer, J. Anopheles homing suppression drive candidates exhibit unexpected performance differences in simulations with spatial structure. Elife 11, e79121 (2022).

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-56290-2#Sec10