البقاء للأصلح هو الفكرة الداروينية القائلة بأن الأفراد الذين يؤوون جينات تتكيف بشكل أفضل مع بيئتهم سينقلون هذه الجينات إلى الأجيال اللاحقة1. هذا يعني أن اللياقة البدنية هي التي تحدد ما إذا كانت جيناتهم ستبقى على قيد الحياة. ربما يكون هذا المفهوم الذي يزيد عمره عن 150 عاما هو أهم محدد لهندسة محرك جيني ناجح في البعوض المعدل وراثيا. يتم استكشاف محركات الجينات ، أو نمط الوراثة الفائقة المندلية لعنصر وراثي أناني يسمح له بالانتشار عبر السكان2 ، من أجل الإدارة الوراثية للآفات3. وفي سياق مكافحة النواقل، تهدف هذه الاستراتيجية إما إلى الاستعاضة عن مفصليات الأرجل البرية بأخرى مقاومة لمسببات الأمراض (تعديل السكان) أو القضاء عليها جميعا معا (قمع التجمع)4. ومع ذلك ، غالبا ما يظهر البعوض المعدل وراثيا تكاليف اللياقة البدنية (وتسمى أيضا الحمل الجيني) مقارنة بنظرائهم في WT ، مما يعني أن الجينات المحورة ستفقد في المجموعات التي يمكن أن تتفوق عليها. لذلك فإن اقتران جينات التحوير بنظام محرك الجينات ضروري لتعويض أي تكاليف للياقة البدنية ودفع الجينات المحورة عبر السكان بمستويات أكبر من المتوقع من الوراثة المندليةالنموذجية 4.
أظهرت الدراسات المختبرية عبر أنواع البعوض الناقل أن جينات التحوير غالبا ما تعرض تكاليف اللياقةالبدنية 5،6،7. على سبيل المثال ، Irvin et al. قياس معلمات الحياة المختلفة في الزاعجة (Ae.) aegypti المصممة للتعبير عن البروتين الفلوري الأخضر المعزز (eGFP) أو جينات transposase تحت ذبابة الفاكهة أكتين 5C أو محفزات 3XP3 الاصطناعية ، ومقارنتها بسلالة أورلاندو من النوع البري (نفس الخلفية الجينية التي اشتقت منها) 5. والجدير بالذكر أنهم وجدوا أن جميع السلالات المعدلة وراثيا قد قللت بشكل كبير من اللياقة الإنجابية5. اعتمادا على جين التحوير ، أظهر بعض بعوض الأنوفيلة (An.) الذي يعبر عن جينات التحوير التي تثبط تطور طفيلي البلازموديوم أيضا تكاليف اللياقةالبدنية 6. على وجه التحديد ، وضع An. stephensi الذي يعبر عن فوسفوليباز سم النحل (PLA2) تحت المروجين التأسيسيين أو المحرضين لمسحوق الدم عددا أقل بكثير من البيض مقارنة بالضوابط6. وجد هؤلاء المؤلفون أيضا أن الأنوفيلة المعدلة وراثيا التي تعبر عن جين محوري مختلف ، وهو رباعي دوديكاببتيد SM1 لم يظهر تكاليف اللياقة البدنية ، مما دفعهم إلى استنتاج أن تكاليف اللياقة البدنية الممنوحة للجينات المعدلة تعتمد ، على الأقل جزئيا ، على تأثير البروتين المعدل وراثياالمنتج 6. في الواقع ، يمكن أن تعزى تكاليف اللياقة البدنية إلى منتجات الجينات المحورة ، أو التأثيرات الموضعية ، أو التأثيرات غير المستهدفة ، أو الطفرات الإدراجية ، أو تأثيرات زواج الأقارب في السلالات التي يتم تربيتها في المختبر7. لذلك يجب أن تكون محركات الجينات قوية بما يكفي لتعويض تكاليف اللياقة البدنية التي يسببها التحوير الجيني مع تجنب تطوير عمليات الإدراج والحذف (indels) التي تمنع محرك الأقراص نفسه.
يمكن قياس تكاليف اللياقة التنموية أو الإنجابية في الدراسات المختبرية أو الأقفاص7 ، مع التحذير من أن العوامل غير المعروفة في هذا المجال قد يكون لها تأثير أيضا. ومع ذلك ، فإن دراسات اللياقة البدنية الخاضعة للرقابة هي خطوة أولى مهمة عند تخطيط أو تقييم إطلاق البعوض المعدل وراثيا ، مثل برنامج محرك الجينات ، لتحديد ما إذا كان الخط المعدل وراثيا سيستمر على مدى الأجيال اللاحقة. على سبيل المثال ، هاموند وآخرون. تم تقييم محركات الجينات المستندة إلى CRISPR / Cas9 في غامبيا والتي تهدف إلى تعطيل الجينات اللازمة لخصوبة الإناث8. من خلال دراسات الأقفاص التي تم الحفاظ عليها لمدة 25 جيلا على الأقل ، وجد المؤلفون أن البعوض تكبد أليلات مقاومة لمحرك الجينات منعت الانقسام المستهدف لكريسبر واستعادت خصوبة الإناث8. اقترحت جهود النمذجة التي بذلوها أن الخصوبة في الإناث غير المتجانسة الزيجوت لمحرك الجينات كان لها التأثيرات الأكثر دراماتيكية على تثبيت محرك الجينات في ظروف محاكاة8. على نفس المنوال ، Ae. aegypti (سلالة العين البيضاء هيغز ، HWE) المصممة للتعبير عن أشرطة محرك الجينات المستقلة تحت مروجين مختلفين أو في مواقع مختلفة بين الجينات أظهرت معدلات مختلفة من تثبيت محرك الجينات في مجموعات محاكاة9. باستخدام نمذجة MGDrivE10 ، جنبا إلى جنب مع المعدلات المقاسة لتكوين indel ، وتأثيرات الأمهات ، وبيانات معلمات الحياة التي تم جمعها في المختبر ، وجد المؤلفون أن لياقة البعوض أثرت بشدة على استمرار محرك الجينات في ظروف محاكاة9. تعزى تكاليف اللياقة البدنية التي من المرجح أن تضعف كفاءة محرك الجينات إلى التعبير الجسدي Cas9 (الزائد) أو من الجين المستهدف ، خاصة في الزيجوتات غير المتجانسة ، بدلا من المحرك الداخلي نفسه11،12،13،14،15،16،17.
نظرا لأهميتها ، تعد اللياقة البدنية عاملا مهما لقدرة الخط المعدل وراثيا على الاستمرار على مدى الأجيال اللاحقة ، ويمكن استخدامه كمؤشر لأي تأثيرات فسيولوجية مرتبطة بجين التحوير. على سبيل المثال ، قد ترتبط التأثيرات غير المستهدفة بتكاليف اللياقة البدنية. في هذه الحالة ، يوصى بعبور خط معدل وراثيا لعدة أجيال. علاوة على ذلك ، قد يكون من الضروري أيضا عبور الخط المعدل وراثيا بخط يعكس مجموعة الحقل للتحقيق في مدى قدرة السكان المحورين وراثيا على المنافسة في العالم الحقيقي. لتحديد تكاليف اللياقة البدنية بحيث يمكن مقارنتها ، توفر هذه المخطوطة بروتوكولات بسيطة لقياس سمات تاريخ الحياة الشائعة في Ae. aegypti Mosquitoi ، مع التركيز بشكل خاص على تكاليف اللياقة البدنية المرتبطة بالجينات المحورة ، بحيث يمكن استنساخ مثل هذه الدراسات بسهولة أكبر. تشمل البروتوكولات الخصوبة والخصوبة ونسبة الجنس والجدوى وأوقات النمو ومساهمة الذكور وطول عمر البالغين. كما تم اختيار قياس طول الجناح ومساحته كقياس للياقة البدنية لأنه يرتبط بطول الصدر18,19 وقياسات حجم الجسم ، والتي ترتبط ارتباطا مباشرا بحجم وجبة الدم والخصوبة والمناعة20,21. على الرغم من وجود العديد من الطرق لتقييم اللياقة البدنية ، فقد تم اختيار هذه المعلمات لأنها تعكس النجاح الإنجابي ، وسهلة القياس ، ويتم الإبلاغ عنها بشكل شائع في الأدبيات.