Entwicklung eines konditionalen CRISPR-Systems für die funktionelle Genomik und Schädlingsbekämpfung von Insekten

• Antragsteller: Ying Yan, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Physiologie der Tiere
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 470105316

Drosophila melanogaster ist ein ausgezeichneter Modellorganismus für die funktionelle Genomik, da eine Vielzahl an genetischen Manipulationsmöglichkeiten und genetische Screens etabliert sind. Da ein großer Anteil an mutierten Genen letale, semi-letale oder sterile Phänotypen produziert, sind Insektenstämme, die diese Mutationen tragen, entweder schnell verloren oder schwer zu erhalten. Dies gilt auch für CRISPR-basierte genetische Kontrollansätze und eignet sich daher oft nicht für Kontrollprogramme, die auf effektive Massenzuchten angewiesen sind. In diesem Proposal schlage ich ein neuartiges konditionales CRISPR-System und eine genetische Kontrollstrategie mit dem Namen konditionale CRISPR-basierte sterile Insektentechnik (ccSIT) vor. Konkret werden zwei konditionelle Methoden mittels Hitzeinduktion und dem Tetrazyklin-Off-System (Tet-Off) zum Einsatz kommen, um die Expression der RNA-gelenkten DNA-Endonuklease Cas9 zu regulieren. Darüber hinaus werden die potenziellen Zielgene für eine solche ccSIT-Strategie auf ihre mutationsassoziierten Phänotypen, einschließlich weiblicher Letalität und männlicher Sterilität, untersucht. Infolgedessen können solche ccSIT-Stämme als Homozygote unter permissiven Bedingungen (niedrige Temperatur oder Tetrazyklin-haltigem Futter) gezüchtet werden. Der Wechsel von permissiven zu restriktiven Bedingungen (erhöhte Temperatur oder Entfernung von Tetrazyklin) sollte dann alle weiblichen Nachkommen eliminieren und nur kompetitive, aber sterile Männchen erzeugen. In einem SIT-Programm könnten diese ccSIT-Männchen mit Wildtypmännchen um Wildtypweibchen konkurrieren, aber keine Nachkommen produzieren. Da sie das Transgen nicht an die wildlebende Population weitergeben, kann ccSIT auch als sichere Methode zur Untersuchung von CRISPR-basierten Strategien verwendet werden. Neben der Funktion als innovative Technik zur Schädlingsbekämpfung würde dieser Ansatz auch eine funktionelle Genomik erleichtern, die kontrollierbare, gezielte Mutationen erfordert. Zur Demonstration der ccSIT wird die Spotted Wing Drosophila (SWD), Drosophila suzukii (Matsumura), ein globaler Schädling ohne nachhaltige Bekämpfungsmethoden ausgewählt. In den letzten zehn Jahren habe ich an der genetischen Kontrolle mehrerer Insektenarten gearbeitet und eine ausgezeichnete Plattform für die genetische Manipulation und Bearbeitung der SWD etabliert. Mit den verfügbaren molekularen Werkzeugen und SWD-Stämmen an der JLU Gießen in den Laboren von Prof. Schetelig, all unseren Erfahrungen mit Tet-Off-Systemen und der SIT als auch den evaluierten Zielgenen bin ich bereit, auf diesem Thema Grundlagenwissen und Innovationen für eine mögliche angewandte Insektenforschung zu schaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen