CRISPR基因编辑创造了外来模式生物的

CRISPR基因编辑技术的兴起让在想象中的事情变成可能，也创造了外来模式生物的浪潮。Joseph Parker从7岁起就想知道是什么让隐翅虫发声。昆虫学家花了几十年时间收集和观察昆虫，其中一些生活在蚂蚁中间，以它们的幼虫为食。但是，由于没有研究甲虫行为背后的遗传和大脑机制的工具，Parker把他的博士研究集中在果蝇上——一种已经建立的模式生物。现在，十多年后，CRISPR基因编辑技术的兴起使Parker的童年梦想触手可及。他正在帕萨迪纳加州理工学院的实验室里用CRISPR研究爬树甲虫的共生关系。

Parker希望通过剔除与蚂蚁生活在一起的甲虫和不与蚂蚁生活在一起的甲虫的基因，来鉴定昆虫的DNA是如何随着生活方式的不同而变化的。“我们正在从头开始设计一个模型系统，”他说。

生物学家们已经接受了CRISPR快速而廉价地修改流行模式生物（如老鼠、果蝇和猴子）基因组的能力。现在，他们正在尝试更多的外来物种，其中许多从未在实验室饲养过，也没有进行过基因组分析。纽约哥伦比亚大学的分子生物学家Tessa Montague说：“我们终于准备好开始扩展我们所称的模式生物。”

Montague研究了夏威夷短尾乌贼（Euprymna scolopes）和矮墨鱼（Sepia bandensis），这两种乌贼的特殊伪装表现了它们大脑活动的外在表现。头足类动物将图案投射到皮肤上，以匹配它们周围所看到的。但是探究他们的大脑如何处理刺激一直是困难的。研究人员通常会将电极或其他传感器植入颅骨，但乌贼和乌贼是没有骨头的。

去年，Montague和她的同事首次成功地将CRISPR成分注射到乌贼和短尾乌贼胚胎中。现在，他们正试图通过基因改造头足类的神经元，使其在运作时发光。

技术性淘汰

其他研究人员正利用CRISPR研究物种的独特社会行为。纽约市洛克菲勒大学的生物学家Daniel Kronauer）发明了一种不会闻到信息素的掠夺者蚂蚁（Ooceraeabiroi）。在实验中，经过基因改造的蚂蚁无法维持普通猛禽科隆尼1的复杂等级结构。科学家们现在正在使用CRISPR来改变被认为影响掠夺者蚂蚁行为的基因。

还有威胁人类或环境健康的物种，如豌豆蚜虫（Acyrthophion pisum），一种攻击全世界豆类作物的昆虫。日本冈崎国立基础生物学研究所的进化遗传学家Shuji Shigenobu领导的团队，为了用CRISPR编辑蚜虫的基因组，必须操纵昆虫复杂的生命周期。夏季出生的雌性蚜虫通过克隆自己进行无性繁殖，而秋季出生的蚜虫则产卵。

Shigenobu的团队建立了一个孵化器，模拟凉爽的温度和短时间的秋季，这样他们的蚜虫就可以产卵，科学家们可以将这些卵注射到薯片中。

四年后，该团队成功地编辑了一个色素基因作为概念验证，Shigenobu上个月在弗吉尼亚州阿什本市的霍华德休斯医学院珍妮亚研究院的一次会议上宣布。他希望通过修改蚜虫基因组的其他部分，研究人员能够更多地了解昆虫与植物的相互作用。这些信息可能会产生更好的杀虫剂。

微微向前

开发动物模型需要大量的时间和金钱，而且直到最近才很少有人支持这种工作。2016，美国国家科学基金会发起了一个2400万美元的计划来创建模式生物——在这样做的同时，揭示了复杂性状和行为背后的遗传和分子机制。

该计划支持研究创造用于探测物种基因组的工具，研究生物体的生命周期，并制定在实验室培育这些物种的方案。这种支持已经开始得到回报：例如，3月份，雅典乔治亚大学的研究人员说，他们已经使用CRISPR创造了转基因爬行动物，褐色变色龙（沙氏变色蜥）。

尽管如此有希望的早期结果，但是用CRISPR创造模式生物的努力已经揭示了对许多物种的基因组、生命周期和习性知之甚少。研究人员面临着现实的挑战，例如确定如何将CRISPR组分注入胚胎，以及如何在实验室中诱骗脆弱脆弱的物种进行繁殖。

“之所以选择经典模型系统，是因为它们基本上是害虫。没有什么能阻止它们生长，”Montague说。“但是，如果我们因为新的生物体有着惊人的特性而接受这一挑战，它们通常会不高兴。

这迫使科学家们权衡研究某一特性所需的努力与潜在回报。修改一个基因组需要对一个物种的行为和生命周期有一个深刻的理解——当全世界只有少数人研究这个生物体时，这是一个很高的要求。“人们不会轻率地选择这些模型系统，”珍妮亚的生物学家David Stern说。

Stern知道这一点：他和他的同事们在发现昆虫需要嗅觉来产卵后，才成功培育出一种果蝇——植物产生的一种特殊化学物质的气味。

尽管如此，研究人员对开发非典型动物模型的兴趣仍在继续增长。Montague和她的同事们发明了一种叫做CHOPCHOP的工具，这种工具允许他们设计一个CRISPR系统来编辑任何DNA片段中的特定基因。到目前为止，科学家们已经从200多种不同物种发送了她的基因序列，包括植物、真菌、病毒和农场动物。

Montague说：“我每周都会提醒大家，这些分子工具几乎适用于地球上的每一个生物体。这是一个令人兴奋的时刻来研究任何模型生物，尤其是这些新的和奇怪的生物。”