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怎样不用药物控制蚊虫繁殖?中国科学家揭示新奥秘

怎样不用药物控制蚊虫繁殖?中国科学家揭示新奥秘
2021年01月22日 21:41 新浪网 作者 中国青年报

  中国青年报客户端上海1月22日电(中青报·中青网记者王烨捷)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。雌蚊为了产卵及繁殖后代需要血液补充营养维生,而雄蚊则吸食植物的汁液或花蜜为生。

  今天,中国科学院分子植物科学卓越创新中心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“Clock genes and environmental cues coordinate Anopheles pheromone synthesis, swarming and mating(生物钟基因、光照和环境温度协同调控疟疾媒介按蚊的性信息素合成、婚飞和交配)”,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,为减少药物控温带来新的希望。

  蚊子的种类繁多,常见的主要有按蚊、伊蚊和库蚊三大类。其中,按蚊,又称疟蚊,主要在夜间活动,是疟疾的传播媒介。据世界卫生组织统计,全球每年有2-3亿新发疟疾病例,每年夺走约50万人生命。由此,按蚊被认为是地球上“最致命的动物”,严重威胁着人类健康、公共卫生和国家安全。防治媒介蚊虫是控制和消除蚊媒传染病的有效手段。

  但长期以来,蚊虫防治主要依赖化学杀虫剂,而泛滥使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,全球各国人民迫切需要一种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。然而,目前关于雄蚊集群交配行为的发生和两性求偶通讯的机理尚不清楚,严重制约了蚊虫遗传防治的应用。

  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。

  王四宝团队综合运用多学科交叉研究手段,揭示了按蚊婚飞和交配发生的机制。该团队发现,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。

  研究结果发现,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。

  此外,团队还发现,一个参与昆虫表皮碳氢化合物(CHC)合成的基因desat1在婚飞雄蚊中的表达显著上调。干扰抑制desat1的表达同样影响按蚊婚飞和交配行为。

  为了验证per、tim、desat1是否也调控非洲疟疾媒介—冈比亚按蚊(Anopheles gambiae)的婚飞和交配行为,王四宝研究团队与美国约翰·霍普金斯大学Marcelo Jacobs-Lorena教授、美国国立卫生研究院的 Joel Vega-Rodriguez团队合作,证实了核心生物钟基因(per、tim)和钟控基因desat1在调控不同按蚊婚飞和交配中具有相同的功能。此外,联合Marcelo Jacobs-Lorena教授、Joel Vega-Rodriguez博士和西非布基纳法索国家的桑特科学研究所Diabate Abdoulaye研究团队在布基纳法索的博迪乌拉索地区开展了户外测试研究,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。

  这项研究深入揭示了按蚊婚飞交配受内源生物钟、外源光和温度信号协同调控的分子机制;首次鉴定出按蚊性信息素活性成分,发现了按蚊两性求偶的化学通讯奥秘。研究极大促进了人们对按蚊婚飞和求偶交配发生机制的理解,也为研发蚊虫绿色防控技术提供了新思路和新方法。例如,人们可以通过操纵蚊虫婚飞来干扰交配或集中诱杀,利用性信息素增强雄蚊对野外雌蚊的性吸引力和交配竞争力,为蚊虫遗传防治策略的高效实施奠定了理论基础,为今后减少蚊虫防治对化学农药的依赖、实现减药控蚊提供了新途径。

  来源:中国青年报客户端

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