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Die Anwendung der Genom-Editing-Technologie bietet ein effizientes Werkzeug, um Ziel-Gen-Mutanten in verschiedenen Arten zu erreichen. Die Entstehung des Clustered Regular Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR)/Associated Protein 9 (Cas9)-Systems bietet eine neuartige Methode zur Manipulation von Genomen1. Das CRISPR/Cas9-System besteht aus einer Guide-RNA (gRNA) und der Cas9-Endonuklease2,3, während die gRNA weiter in zwei Teile unterteilt werden kann, eine zielkomplementäre CRISPR-RNA (crRNA) und eine transaktivierende crRNA (tracrRNA). Die gRNA integriert sich in die Cas9-Endonuklease und bildet ein Ribonukleoprotein (RNP). Mit der gRNA kann die Cas9-Endonuklease über Basenkomplementation auf eine bestimmte Stelle des Genoms gerichtet werden. Die RuvC- und HNH-Domänen des Cas9 spalten die Zielstelle des Genoms drei Basen vor der Pam-Sequenz (Protospacer-Adjacent Motif) und erzeugen einen Doppelstrangbruch (DSB). Die DNA-Spaltung kann dann durch zwei Mechanismen repariert werden, nicht-homologe Endverbindung (NHEJ) oder homologiegesteuerte Reparatur (HDR)4. Die Reparatur des DSB führt Insertionen oder Deletionen ein, um das Zielgen zu inaktivieren, was möglicherweise zu einem vollständigen Verlust der Genfunktion führt. Daher machen die Hierisierbarkeit und Spezifität des CRISPR/Cas9-Systems es zu einer robusten Methode, um Genfunktionen in vivo zu charakterisieren und Geninteraktionen zu analysieren5.
Mit zahlreichen Vorzügen wurde das CRISPR/Cas9-System auf verschiedene Bereiche angewendet, darunter Biomedizin6,7, Gentherapie8,9 und Landwirtschaft10,11,12, und wurde für verschiedene biologische Systeme verwendet, darunter Mikroorganismen13, Pflanzen14,15, Nematoden16 und Säugetiere17 . Bei Wirbellosen wurden viele Insektenarten der CRISPR/Cas9-Genom-Editierung unterzogen, wie die Fruchtfliege Drosophila melanogaster und darüber hinaus18,19,20,21,22.
Helicoverpa armigera ist einer der zerstörerischsten Schädlinge weltweit23 und schädigt zahlreiche Nutzpflanzen, darunter Baumwolle, Sojabohnen und Sorghum24,25. Mit der Entwicklung der Sequenzierungstechnologie wurden das Genom von H. armigera sowie das einer Reihe von Lepidoptera-Insektenarten vollständig sequenziert26,27,28,29. Aus diesen Insekten wurde in den letzten Jahren eine große Anzahl von Resistenz- und Geruchsrezeptorgenen identifiziert und charakterisiert19,27,28,29. Einige resistenzbezogene Gene wurden in H. armigera identifiziert, wie die Gene, die für Cadherin30, einen ATP-bindenden Kassettentransporter31,32, sowie HaTSPAN133 kodieren. Das Ausschalten dieser Gene mittels CRISPR/Cas9-Technologie führt zu einer hohen Resistenz gegen Bacillus thuringiensis (BT)-Toxin in anfälligen Stämmen. Außerdem schalteten Chang et al. (2017) einen Pheromonrezeptor aus, der seine signifikante Funktion bei der Paarungszeitregulation bestätigte19. Diese Berichte deuten darauf hin, dass CRISPR/Cas9 als wirksames Instrument zur Untersuchung der Genfunktion in vivo in Insektensystemen dienen kann. Ein detailliertes Verfahren zur CRISPR/Cas9-Modifikation in Insektensystemen ist jedoch noch unvollständig, was sein Anwendungsspektrum in der funktionellen Genomik von Insekten einschränkt.
Hier stellen wir ein Protokoll vor, um ein funktionelles Gen in H. armigera mit dem CRISPR/Cas9-System auszuschalten. Ein detailliertes Schritt-für-Schritt-Protokoll wird bereitgestellt, einschließlich des Designs und der Vorbereitung von genspezifischen Primern für die gRNA-Produktion, Embryonenentnahme, Mikroinjektion, Insektenaufzucht und Mutantenidentifizierung. Dieses Protokoll dient als wertvolle Referenz zur Manipulation beliebiger funktioneller Gene in H. armigera und kann auf andere Lepidoptera-Arten ausgedehnt werden.