自20 世纪40 年代开始人们逐渐认识到人类介导的基因干预能够压制和防治对农业和人类健康有不利影响的害虫。在最近5 年中，随着研究开发基因编辑技术CRISPR-Cas9 的热情不断高涨，认识到采用此技术在野生种群中扩散精确编辑基因的潜力。虽然基因驱动系统具有逆转除草剂抗性问题的可能，但到目前为止，没有应用基因驱动系统管理杂草的潜力和局限性的综述。本文简要地介绍了害虫遗传防治技术的发展，农业杂草管理对新颖遗传防治策略的需求，基因驱动的应用潜力、可行性和局限性，并提出建模研究⑴ 这些方法的实用性;⑵ 杂草管理的基因驱动系统的未来设计和应用。

　　1 在害物管理中遗传防治的作用

　　在农业和卫生保健中，害物(食草和传播疾病昆虫、病原菌和杂草)的防治主要依靠合成农药。农药防治已取得显著的成功，大幅减少了作物产量的损失，防治了传播人类疾病的昆虫媒介而挽救生命。然而，农药使用导致全球农药抗性的广泛发展，对非靶标环境和人类健康造成的影响不断受到关注，急需新颖、可替代防治策略。各种物理、农艺、生物和农业-生态方法可用于害物防治和种群压制，而遗传防治策略能够直接操纵害物的基因组，降低害物的适合度，也引起人们的关注。

　　1.1 农业害物的间接遗传防治

　　通过选择优良的作物栽培品种、育种或基因工程(或编辑)改良的作物种子而对农业害物进行间接的遗传防治。许多作物品种和其野生近缘种发生遗传变异而对害虫和病原菌具有耐受性。作物品种也可能在与杂草的竞争和化感作用中发生变化。当繁育的作物品种对害虫和病原菌具有耐受性状时，且这些形状对作物农艺形状和营养没有不利影响的话，可通过标记辅助育种将这些性状再引入。

　　最近几十年中最具革命性的农业技术之一是开发和商业化了表达除草剂抗性和害虫抗性性状的转基因作物。转基因抗除草剂作物实现了在作物田中使用广谱、非选择性除草剂进行杂草防治，是革命性杂草管理策略。转基因抗虫作物能产生防治害虫的杀虫蛋白，故不需要使用杀虫剂或减少了杀虫剂的使用。虽然害物仍易于发展抗性，而且在转基因抗除草剂作物田中仍需要使用除草剂防除杂草，但这些技术表明源于分子生物学的害物防治策略在不断发展。

　　到目前为止，已开发了直接遗传防治害虫的数种潜在方法(在1.2 节中进行介绍)。然而，虽然这些方法已取得一些成功，但总的来说，在广泛分散的天然种群中扩散降低个体和种群适合度的工程基因有很大的难度。

　　1.2 直接遗传防治害虫策略的发展

　　有2 种直接遗传防治害虫的方法：自我限制机制(self-limiting mechanisms)和自我维持方法(self-sustainingapproaches)。自我限制机制是淹没式引入基因修饰昆虫，与靶标昆虫种群交配，通过致死性交配压制害虫种群。自我维持方法是指驱动种群基因改变。通常，这些“驱动”基因改变降低了害物适合度，增加多代、非孟德尔遗传频率，导致种群被取代。已提出许多方法限制自我维持驱动的时空扩散。

　　1.1.1 自我限制机制

　　防治昆虫的自我限制遗传机制要先大量饲养昆虫，然后释放到自然种群中进行不育交配。这些方法是致死性的，不能持续发挥作用，不能在种群中扩散，对种群的压制程度取决于释放昆虫和野生昆虫种群间交配的比例。开发和应用的第一个昆虫遗传防治系统为“不育昆虫技术”。此方法为首先大量饲养昆虫，然后辐射处理使它们不育;在一个区域大量释放不育昆虫(主要为雄性)，不育雄虫与野生雌虫交配，雌虫产生的卵不能存活，害虫种群数量下降。此技术已用于防治数种害虫，取得了显著的成功，但不育昆虫技术以相对小的害虫种群为靶标，需要大量释放辐射处理的昆虫，其发展可能会受到辐射处理雄虫适合度降低的限制，故不会被广泛应用。最近，已开发了携带显性致死基因(RIDL)的昆虫释放技术。此方法利用转基因技术在大量饲养的昆虫的基因组中引入了致死突变，无需辐射处理。雌性特异性RIDL 系统通过性别特异性选择性剪接方式产生四环素阻遏反式激活融合蛋白(tetracyclinerepressibletransactivation fusion protein)，使雌性昆虫死亡。此系统独特的特性是在饲养时饲料中添加四环素，昆虫正常生长，能大量饲养携带致死突变的昆虫;把携带致死基因的雄虫释放到野生种群中，和野生雌性昆虫交配，会产下完全可育的卵，但其中的雌性后代会在幼虫时期死亡，只有雄性后代能存活而继续发挥作用。