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Las tecnologías de edición de genes podrían utilizarse para introducir inserciones o deleciones en un locus específico del genoma para modificar artificialmente el gen objetivo a propósito1. En los últimos años, la tecnología CRISPR/Cas9 se ha desarrollado rápidamente y tiene un alcance creciente de aplicaciones en diversos campos de las ciencias de la vida 2,3,4,5,6. El sistema CRISPR/Cas9 fue descubierto en 19877, y se encuentra ampliamente en bacterias y arqueas. Investigaciones posteriores indicaron que se trataba de un sistema inmune adaptativo procariota que depende de la nucleasa Cas9 guiada por ARN para luchar contra los fagos8. El sistema CRISPR/Cas9 modificado artificialmente consta principalmente de dos componentes, un único ARN guía (sgRNA) y la proteína Cas9. El sgRNA está formado por un ARN CRISPR (crRNA) complementario a la secuencia diana y un crRNA transactivador auxiliar (tracrRNA), que está relativamente conservado. Cuando se activa el sistema CRISPR/Cas9, el sgRNA forma una ribonucleoproteína (RNP) con la proteína Cas9 y guía a Cas9 a su sitio objetivo a través del emparejamiento de bases de las interacciones ARN-ADN. Luego, el ADN de doble cadena puede ser escindido por la proteína Cas9 y, como resultado, la ruptura de doble cadena (DSB) emerge cerca del motivo adyacente al protoespaciador (PAM) del sitio objetivo 9,10,11,12. Para mitigar el daño causado por los DSB, las células activarían respuestas integrales al daño del ADN para detectar eficientemente los daños genómicos e iniciar el procedimiento de reparación. Hay dos mecanismos de reparación distintos en la célula: unión de extremos no homólogos (NHEJ) y reparación dirigida por homología (HDR). NHEJ es la vía de reparación más común que puede reparar las roturas de doble cadena del ADN rápidamente y previene la apoptosis celular. Sin embargo, es propenso a errores debido a dejar pequeños fragmentos de inserciones y deleciones (indeles) cerca de los DSB, lo que generalmente resulta en un cambio de marco de lectura abierto y, por lo tanto, puede conducir a la eliminación de genes. En contraste, la reparación homóloga es un evento bastante raro. Con la condición de que haya una plantilla de reparación con secuencias homólogas al contexto del DSB, las células ocasionalmente repararían la ruptura genómica de acuerdo con la plantilla cercana. El resultado de HDR es que el DSB se repara con precisión. Especialmente, si hay una secuencia adicional entre las secuencias homólogas en la plantilla, se integrarían en el genoma a través de HDR, y de esta manera, las inserciones genéticas específicas podrían realizarse13.
Con la optimización y el desarrollo de las estructuras sgRNA y las variantes de la proteína Cas9, el sistema de edición genética basado en CRISPR / Cas9 también se ha aplicado con éxito en la investigación de insectos, incluidos, entre otros, Drosophila melanogaster, Aedes aegypti, Bombyx mori, Helicoverpa Armigera, Plutella xylostella y Locusta migratoria 14,15,16,17,18 ,19. Hasta donde saben los autores, aunque las RNP que consisten en la proteína Cas9 y el sgRNA transcrito in vitro se han utilizado para la edición del genoma de la langosta20,21,22, todavía falta un protocolo sistemático y detallado para la construcción mediada por ribonucleasa CRISPR / Cas9 de mutantes homocigotos de la langosta migratoria.
La langosta migratoria es una plaga agrícola importante que tiene una distribución mundial y representa amenazas sustanciales para la producción de alimentos, siendo especialmente dañina para las plantas gramíneas, como el trigo, el maíz, el arroz y el mijo23. El análisis de la función génica basado en tecnologías de edición del genoma puede proporcionar nuevos objetivos y nuevas estrategias para el control de las langostas migratorias. Este estudio propone un método detallado para eliminar genes de langostas migratorias a través del sistema CRISPR / Cas9, incluida la selección de sitios objetivo y el diseño de sgRNAs, síntesis in vitro y verificación de los sgRNAs, microinyección y cultivo de óvulos, estimación de la tasa de mutación en la etapa embrionaria, detección de mutantes, así como paso y preservación de los mutantes. Este protocolo podría usarse como referencia basal para la manipulación de la gran mayoría de los genes de langostas y puede proporcionar referencias valiosas para la edición del genoma de otros insectos.