Entwicklung Transgen-freier CRISPR-basierter genetischer Sexing-Systeme zur Schädlingsbekämpfung von Insekten

• Antragsteller: Professor Dr. Marc F. Schetelig
• Fachliche Zuordnung: Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491548882

Die Mittelmeerfruchtfliege, Ceratitis capitata, und die Asiatische Tigermücke, Aedes albopictus, gehören zu den invasivsten und aggressivsten Insekten weltweit und stellen eine erhebliche Bedrohung für Europa und den Nahen Osten dar. Insektizide als primäre Kontrollstrategie verlieren aufgrund der Entwicklung von Resistenzen rapide an Wirksamkeit, weshalb neue und nachhaltige Kontrollstrategien dringend erforderlich sind. Eine der vielversprechendsten Methoden ist die genetische Kontrolle (GC), eine Form der biologischen Schädlingsbekämpfung, die artspezifisch, selbstdispergierend und umweltfreundlich ist. Ein bekanntes Beispiel für GC ist die sterile Insektentechnik (SIT), bei der sterilisierte Männchen in die Zielpopulation freigesetzt werden, um unfruchtbare Paarungen und eine Verringerung der Populationsgröße zu verursachen. Die SIT wird seit Jahrzehnten erfolgreich zur Bekämpfung von Insektenschädlingen wie der C. capitata eingesetzt und inspirierte mehrere Forschungsprojekte zur Bekämpfung epidemiologisch wichtiger Mückenarten, darunter auch Ae. albopictus. Alle GC-Strategien wollen nur Männchen freisetzen, da freigesetzte Weibchen die Krankheitsübertragung oder Ernteschäden erhöhen können. Eine Technologie, die eine schnelle, effiziente und zuverlässige Geschlechtertrennung in großem Maßstab ermöglicht, steht jedoch für die meisten Arten noch nicht zur Verfügung. Dies verhindert den Transfer von erfolgreichen Pilotprogrammen zu großangelegten Kontrollmaßnahmen. Unter allen möglichen Lösungen für die Geschlechtertrennung sind genetische Sexing-Stämme (GSS) der skalierbarste und zuverlässigste Ansatz. GSS tragen eine Mutation in einem selektierbaren, rezessiven Gen auf einem Autosom und eine funktionelle Kopie des Gens in einer männlich-spezifischen Chromosomenregion. Dies resultiert in ausschließlich wildtypisch männlichen und mutierten weiblichen Nachkommen. Der bisher erfolgreichste GSS ist der VIENNA 8 Stamm der Mittelmeerfruchtfliege, der zwei selektierbare Marker trägt. Die Weibchen sind temperatur-sensitiv letal (tsl) und können durch Erhöhung der Zuchttemperatur effizient und kostengünstig eliminiert werden. Darüber hinaus sind weibliche Puppen weiß anstatt der wildtypischen braunen Puppenfarbe. Diese Architektur stellt ein perfektes Sexing dar, jedoch ist die tsl-Mutation derzeit genetisch und mechanistisch unbekannt. Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist es daher, die molekulare Grundlage für den tsl Phänotyp der Mittelmeerfruchtfliege zu identifizieren (Ziel 1) sowie Werkzeuge und Grundkenntnisse für die Bearbeitung geschlechtsspezifischer Regionen auf dem Y-Chromosom und dem M-Lokus in den wichtigen Schädlingen C. capitata (Ziel 2) und Ae. albopictus (Ziel 3) zu etablieren. Die Ergebnisse werden die Entwicklung einer nachhaltigen Bekämpfung invasiver landwirtschaftlicher Schädlingsinsekten und Mücken ohne Transgene in der Zukunft ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• ausländischer Mitantragsteller: Professor Philippos Papathanos, Ph.D.