2021年1月22日，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心王四寶研究員領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上發(fā)表題為“生物鐘基因、光照和環(huán)境溫度協(xié)同調(diào)控瘧疾媒介按蚊的性信息素合成、婚飛和交配”的論文，綜合運(yùn)用多學(xué)科交叉研究手段，揭示了作為瘧疾主要傳播媒介的按蚊集群婚飛的分子機(jī)制和雌雄求偶的化學(xué)通訊奧秘。成果為蚊蟲遺傳防治策略的高效實(shí)施奠定了理論基礎(chǔ)，有望改變蚊蟲防治嚴(yán)重依賴化學(xué)農(nóng)藥的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)減藥控蚊。

致命按蚊會(huì)“婚飛”，人類觀察了近400年，未破解機(jī)理

蚊蟲是瘧疾、登革熱和寨卡熱等多種疾病的傳播媒介。雌蚊為了產(chǎn)卵需要血液補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)，雄蚊則吸食植物汁液或花蜜為生。蚊子常見的有按蚊、伊蚊和庫(kù)蚊三大類。按蚊又稱瘧蚊，主要在夜間活動(dòng)，是瘧疾的傳播媒介，是“地球上最致命的動(dòng)物”——據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，全球每年有2-3億新發(fā)瘧疾病例，每年奪走約50萬(wàn)人生命。由于缺乏疫苗，防治媒介蚊蟲是控制和消除蚊媒傳染病的有效手段。蚊蟲防治主要依賴化學(xué)殺蟲劑，其長(zhǎng)期濫用導(dǎo)致蚊蟲抗藥性和環(huán)境污染日益突出。為尋求新的解決方案，近年來(lái)，蚊蟲遺傳防治技術(shù)研究發(fā)展迅速，為蚊蟲綠色防控提供了新途徑。然而，目前關(guān)于雄蚊集群交配行為的發(fā)生和兩性求偶通訊的機(jī)理尚不清楚，嚴(yán)重制約了蚊蟲遺傳防治的應(yīng)用。

夏季黃昏，雄性集群在空中飛舞，吸引雌蚊飛入后求偶交配，這種現(xiàn)象稱為“婚飛”。雌蚊受精后一般余生不再交配，為通過釋放雄蚊遺傳防治技術(shù)提供了獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。1634年就有蚊蟲婚飛的觀察記載，但按蚊婚飛和求偶交配的分子機(jī)制至今尚未闡明。

小按蚊大奧妙，多學(xué)科交叉研究才揭示：它們交流求偶受這三個(gè)基因調(diào)控

王四寶研究員現(xiàn)任中國(guó)科學(xué)院昆蟲發(fā)育與進(jìn)化生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，近年在蚊蟲媒介分子生物學(xué)、蚊蟲與病原體互作機(jī)制及蚊媒疾病阻斷控制新策略的前沿研究領(lǐng)域，取得一系列具有國(guó)際影響力的原創(chuàng)成果。此次，他帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)綜合運(yùn)用比較轉(zhuǎn)錄組、分子生物學(xué)、時(shí)間生物學(xué)、化學(xué)生態(tài)學(xué)、代謝組學(xué)、行為學(xué)等多學(xué)科交叉研究手段，揭示了按蚊婚飛和交配發(fā)生機(jī)制。

他們首先通過對(duì)野外采集的婚飛與非婚飛雄性按蚊頭部基因表達(dá)的比較分析，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)生物鐘核心基因per和tim在婚飛雄蚊的頭部表達(dá)顯著上調(diào)。降低其表達(dá)會(huì)顯著抑制雄蚊的婚飛，降低交配率，表明內(nèi)源生物種控制按蚊婚飛和交配。

按蚊選擇在夏季黃昏進(jìn)行婚飛，戶外光線昏暗、溫度適宜，那么光照和溫度這兩個(gè)重要的環(huán)境信號(hào)是否參與調(diào)控了按蚊的婚飛和交配呢？王四寶研究團(tuán)隊(duì)分別測(cè)定了光照和不同溫度對(duì)按蚊交配活動(dòng)的影響。發(fā)現(xiàn)傍晚持續(xù)光照和不適宜環(huán)境溫度都會(huì)有所影響。且光照和溫度對(duì)按蚊婚飛和交配的影響，是通過調(diào)控生物鐘基因per和tim的表達(dá)實(shí)現(xiàn)的，揭示了內(nèi)源生物鐘通過整合外源光照和溫度信號(hào)來(lái)協(xié)同調(diào)控按蚊在夏季黃昏時(shí)進(jìn)行婚飛和交配的分子機(jī)制。

王四寶研究員說(shuō)，雄性按蚊婚飛中只有求偶成功，才能與雌蚊交配。昆蟲兩性間的交流和配偶選擇主要依靠性信息素通訊。性信息素是由昆蟲分泌的能引誘同種異性個(gè)體進(jìn)行交尾的微量化學(xué)物質(zhì)。作為婚飛壓軸戲，雄蚊求愛的化學(xué)語(yǔ)言“性信息素”，至今仍是未解之謎?；虮磉_(dá)譜分析還發(fā)現(xiàn)一個(gè)參與昆蟲表皮碳?xì)浠衔铮–HC）合成的基因desat1在婚飛雄蚊中的表達(dá)顯著上調(diào)。干擾抑制該基因的表達(dá)同樣影響按蚊婚飛和交配行為。CHC是沉積在昆蟲體表、由碳和氫兩種元素組成的一類烴類物質(zhì)，是昆蟲表皮蠟層的主要成分，可以防止體內(nèi)水分散失、提供保護(hù)作用，還可作為信息化合物（如性信息素）在昆蟲求偶識(shí)別和通訊交流中發(fā)揮重要作用。研究人員利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析在抑制desat1表達(dá)后雄蚊CHC的組分變化，發(fā)現(xiàn)二十七烷等顯著減少。有趣的是，腹部涂抹了人工合成的二十七烷的雄蚊對(duì)雌蚊的性吸引力顯著提高，并增加了雌蚊的受精率，表明二十七烷是按蚊的性信息素活性成分。他們進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，desat1 的表達(dá)呈節(jié)律性振蕩，是受光信號(hào)調(diào)控的生物鐘控制基因。這些結(jié)果表明，外界光信號(hào)和內(nèi)源生物鐘協(xié)同調(diào)控信息素合成基因desat1的節(jié)律性表達(dá)，來(lái)動(dòng)態(tài)控制按蚊性信息素的合成量，從而促進(jìn)婚飛時(shí)雄蚊的求偶和交配。

國(guó)際合作測(cè)試瘧蚊，為減藥控蚊開辟新途徑

為了驗(yàn)證per、tim、desat1是否也調(diào)控非洲瘧疾媒介岡比亞按蚊的婚飛和交配行為，王四寶研究團(tuán)隊(duì)牽頭與美國(guó)約翰·霍普金斯大學(xué)Marcelo Jacobs-Lorena教授、美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院Joel Vega-Rodriguez團(tuán)隊(duì)合作，證實(shí)了兩種核心生物鐘基因和鐘控基因desat1在調(diào)控不同按蚊婚飛和交配中具有相同功能。此外，三個(gè)研究團(tuán)隊(duì)還聯(lián)手西非布基納法索國(guó)家的桑特科學(xué)研究所Diabate Abdoulaye團(tuán)隊(duì)，在布基納法索的博博迪烏拉索地區(qū)開展戶外測(cè)試研究，證實(shí)了在戶外自然環(huán)境中生物鐘基因調(diào)控按蚊婚飛和交配行為的功能與作用。

綜上所述，該項(xiàng)研究系統(tǒng)深入地揭示了按蚊婚飛交配受內(nèi)源生物鐘、外源光和溫度信號(hào)協(xié)同調(diào)控的分子機(jī)制；首次鑒定出按蚊性信息素活性成分，發(fā)現(xiàn)了按蚊兩性求偶的化學(xué)通訊奧秘，極大促進(jìn)了人們對(duì)按蚊婚飛和求偶交配發(fā)生機(jī)制的理解，也為研發(fā)蚊蟲綠色防控技術(shù)提供了新思路和新方法，例如通過操縱蚊蟲婚飛來(lái)干擾交配或集中誘殺，利用性信息素增強(qiáng)雄蚊對(duì)野外雌蚊的性吸引力和交配競(jìng)爭(zhēng)力，為蚊蟲遺傳防治策略的高效實(shí)施奠定了理論基礎(chǔ)，為今后減少蚊蟲防治對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的依賴、實(shí)現(xiàn)減藥控蚊提供了新途徑。

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