疟蚊|破解疟疾媒介按蚊婚飞和求偶的奥秘，上海科研团队为减药控蚊提供新途径每到夏天

每到夏天，蚊子总是令人不堪其扰。蚊虫除了叮咬骚扰人类，还是疟疾、登革热和寨卡热等多种疾病的传播媒介。据世界卫生组织WHO统计，全球每年有2-3亿新发疟疾病例。
1月22日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心（位于上海）王四宝研究员领衔的研究团队在国际顶尖学术期刊《科学》上发表论文，研究揭示了按蚊集群婚飞的分子机制和雌雄求偶的化学通讯奥秘，为减少化学药物控蚊提供了新的途径。

文章图片
王四宝研究员正在观察按蚊求偶行为。杨正行拍摄滥用化学杀虫剂防控蚊虫引发环境问题
由于疫苗的缺乏，防治媒介蚊虫是控制和消除蚊媒传染病的有效手段。长期以来，蚊虫防治主要依赖化学杀虫剂，而滥用化学农药导致蚊虫抗药性和环境污染等问题日益突出。因此，迫切需要研发新的替代工具来安全有效地控制蚊虫种群数量，从而减少蚊媒传染病。
近年来，蚊虫遗传防治技术的研究发展迅速，为蚊虫的绿色防控提供了新途径。蚊虫在集群飞行中完成求偶交配。夏季黄昏时，雄性按蚊集结成群在空中飞舞，吸引雌蚊飞入后进行求偶交配，这种现象称为婚飞。雌蚊受精后一般余生不再交配，这为通过释放雄蚊的遗传防治技术提供了独特的优势。早在1634年就有蚊虫婚飞的观察记载，但按蚊婚飞和求偶交配的分子机制至今尚未阐明，严重制约了蚊虫遗传防治的应用。
揭示按蚊婚飞和交配发生的机制、影响因素
王四宝研究团队综合运用比较转录组、分子生物学、时间生物学、化学生态学、代谢组学、行为学等多学科交叉研究手段，揭示了按蚊婚飞和交配发生的机制。
首先，通过对野外采集的婚飞与非婚飞雄性按蚊头部基因表达的比较分析，发现两个生物钟核心基因per和tim在婚飞雄蚊的头部表达显著上调。降低per或tim的表达会显著抑制雄蚊的婚飞，进而降低交配率，表明内源生物种控制按蚊婚飞和交配。
由于地球的自转，环境光照和温度呈现昼夜周期性变化。按蚊选择在夏季黄昏时分进行婚飞，那时户外光线昏暗、温度适宜，那么光照和温度这两个重要的环境信号是否参与调控了按蚊的婚飞和交配行为呢？
为此，王四宝研究团队分别测定了光照和不同温度对按蚊交配活动的影响。研究发现，傍晚时持续光照和不适宜的环境温度都会影响按蚊的婚飞和交配活动。进一步研究发现，光照和温度对按蚊婚飞和交配的影响是通过调控生物钟基因per和tim的表达来实现的，从而揭示了内源生物钟通过整合外源光照和温度信号来协同调控按蚊在夏季黄昏时进行婚飞和交配的分子机制。

文章图片
按蚊交配（左：雄蚊，右：雌蚊)王官栋和孙佩璐拍摄首次鉴定出雄蚊求爱语言“性信息素”的活性成分
昆虫两性间的交流和配偶选择主要依靠性信息素通讯。性信息素是由昆虫分泌的能引诱同种异性个体进行交尾的微量化学物质。然而，作为婚飞的压轴戏，雄蚊向雌蚊求爱的化学语言“性信息素” ，至今仍是未解之谜。
此前的研究发现，昆虫表皮碳氢化合物（CHC）不仅可以“保湿” ，防止体内水分散失，还可作为信息化合物，在昆虫两性求偶和通讯交流中发挥重要作用。
王四宝研究团队发现，参与合成CHC的基因desat1在婚飞雄蚊中的表达显著上调，而干扰抑制desat1的表达同样影响婚飞和交配行为。研究人员由此推测desat1可能参与了按蚊性信息素的合成。为了鉴定对按蚊雄蚊求偶交配起调控作用的CHC成分，研究人员在抑制desat1表达后，发现CHC的组分中二十七烷显著减少。
“有趣的是，腹部被涂抹了人工合成二十七烷的雄蚊，对雌蚊的性吸引力显著提高，并增加了雌蚊的受精率，这表明二十七烷正是按蚊的性信息素活性成分。 ”王四宝研究员介绍，这是首次鉴定出按蚊性信息素的活性成分，破解了按蚊求偶时的化学通讯奥秘。
为了验证per、tim、desat1是否也调控非洲疟疾媒介—冈比亚按蚊的婚飞和交配行为，王四宝研究团队与国外专家团队共同开展研究，证实了在户外自然环境中生物钟基因调控按蚊婚飞和交配行为的功能与作用。

文章图片
疟疾媒介按蚊婚飞和求偶的奥秘为研发蚊虫绿色防控技术提供新思路和方法