卡通科学家揭示了疟原虫婚姻和求爱的奥秘,成为控制蚊子的新方法

风起云涌的新闻记者吕新文

每年夏天蚊子总是让人讨厌。除了叮咬和骚扰人类之外,蚊子也是许多疾病的传播媒介,如疟疾、登革热和寨卡热

雄性蚊子吸食花蜜。本文受访者提供的图片是

雌性蚊子嗜血

雌性蚊子需要血液来补充生存所需的营养,以便产卵和繁殖后代,而雄性蚊子则以植物汁或花蜜为食。蚊子有很多种,包括按蚊、伊蚊和库蚊。其中,按蚊又称按蚊,主要在夜间活动,是疟疾的传播媒介。根据世界卫生组织世卫组织的统计,全世界每年有2-3亿新的疟疾病例,每年约50万人死亡。它是地球上最致命的动物,对人类健康、公共健康和国家安全构成严重威胁

据中国科学院相关研究人员介绍,由于缺乏疫苗,病媒控制是控制和消除蚊媒疾病的有效手段。长期以来,蚊虫防治主要依靠化学农药,化学农药的广泛使用导致蚊虫抗药性、环境污染等问题日益突出。因此,迫切需要开发新的替代工具来安全有效地控制蚊子种群,从而减少蚊媒疾病

近年来,蚊子基因控制技术的研究发展迅速,为蚊子的绿色控制提供了一条新途径。然而,雄性蚊子群体交配行为和性求偶交流的机制尚不清楚,这严重限制了蚊子基因控制的应用

按蚊在黄昏时飞行和交配(摄影:Abdoulaye diabate)

蚊子在集群飞行中完成求偶和交配。夏季黄昏时分,雄性按蚊聚集在空中成群飞行,吸引雌性蚊子求偶交配。这种现象被称为婚姻飞行。雌性蚊子通常在受精后的余生不会交配,这为通过释放雄性蚊子进行基因控制技术提供了独特的优势。早在1634年,就有蚊子交配的记录,但按蚊交配和求偶的分子机制尚未阐明

按蚊交配(左:雄性,右:雌性)

<1月22日,《涌动新闻》(www.thepaper.CN)获悉,由中国科学院分子植物科学卓越与创新中心研究员王思宝带领的研究团队在国际顶级学术期刊上发表了一篇论文《时钟基因与环境线索协调按蚊酚酮合成、群集和交配》《科学》杂志(生物钟基因、光照和环境温度共同调节疟原虫性信息素的合成、交配和交配)“,这项研究揭示了按蚊集体交配的分子机制以及雄性和雌性求偶的化学通讯奥秘。

研究员王思宝正在观察按蚊的求偶行为。

王思宝的研究团队综合运用比较转录组、分子生物学和运用物理学、化学生态学、代谢组学和行为学等交叉学科的研究方法,揭示了按蚊的婚配机制。首先,通过对野外采集的已婚和未婚雄性按蚊头部基因表达的比较分析,发现已婚雄性按蚊头部per和Tim两个生物钟核心基因的表达显著上调。减少per或Tim的表达可以显著抑制雄性蚊子的交配飞行,进而降低交配率,表明内源性物种控制着按蚊的交配和交配

由于地球自转,疟疾媒介按蚊的交配和求偶之谜

,环境光照和温度呈日周期性变化。按蚊选择在夏天的黄昏飞行。此时室外光线暗淡,温度适宜。光和温度这两个重要的环境信号是否参与了按蚊婚姻和交配行为的调节?为此,王思宝的研究团队测量了光照和不同温度对按蚊交配活动的影响研究发现,夜间持续的光照和不适当的环境温度会影响按蚊的结婚和交配活动。进一步研究发现,光照和温度对按蚊交配和交配的影响是通过调节生物钟基因per和Tim的表达实现的,通过整合外源光和温度信号,揭示了夏暮季节内协调按蚊交配和飞行的内源性生物钟的分子机制

雄性按蚊只有在成功求偶后才能与雌性按蚊交配。性信息素通讯是昆虫通讯和择偶的主要手段。性信息素是昆虫分泌的微量化学物质,可以诱导异性个体交配。作为婚姻的结局,雄性蚊子向雌性蚊子求爱的化学语言“性信息素”仍然是一个未解之谜。基因表达谱分析还发现一种碳氢化合物参与昆虫表皮(CHC)合成的desat1基因在雄性蚊子中的表达显著上调。干扰抑制desat1表达也会影响按蚊的结婚和交配行为。CHC是一种沉积在昆虫表面的碳氢化合物,由碳和氢组成。它是昆虫表皮蜡层的主要成分。它不仅可以防止体内水分流失并提供保护,而且作为一种信息基础化合物(如性信息素)在昆虫求偶识别和交流中发挥着重要作用。</研究人员推测desat1可能参与了按蚊性信息素的合成。为了确定调节按蚊求偶和交配的CHC成分,研究人员通过气相色谱-质谱等方法分析了雄性蚊子CHC在抑制desat1表达后的成分变化。有趣的是,腹部涂有合成庚烷的雄性蚊子对雌性蚊子的性吸引力显著提高,雌性蚊子的受精率增加,表明庚烷是按蚊性信息素的活性成分。进一步的研究表明,desat1的表达有节奏地振荡,受光和昼夜节律基因per和Tim的调控,表明desat1是一个受光信号调节的昼夜节律时钟控制基因这些结果表明,外部光信号和内部生物钟共同调节信息素合成基因desat1的节律表达,从而动态控制按蚊性信息素的合成,为了促进雄性蚊子在婚姻期间的求爱和交配

以验证per、Tim和desat1是否也调节非洲疟疾媒介冈比亚按蚊的婚姻飞行和交配行为,王思宝的研究团队与约翰·霍普金斯大学的马塞洛·雅各布斯·洛雷纳教授和美国国立卫生研究院的乔尔·维加·罗德里格斯教授合作,已经证实,核心生物钟基因(per,Tim)和时钟控制基因desat1在调节不同按蚊的结婚和交配方面具有相同的功能。此外,西非布基纳法索Sant科学研究所的Marcelo Jacobs Lorena教授、Joel Vega Rodriguez博士和diabate Abdoulaye博士的研究团队在布基纳法索的bodi ulaso进行了室外试验研究,这证实了生物钟基因在调节室外自然环境中按蚊的结婚和交配行为中的功能和作用

总之,本研究系统深入地揭示了内源生物钟、外源光和温度信号协同调控按蚊交配的分子机制;首次鉴定了按蚊性信息素的活性成分,发现了按蚊性求偶的化学通讯奥秘本研究极大地促进了人们对按蚊交配求偶发生机制的认识,也为蚊子绿色防控技术的发展提供了新的思路和方法,如通过操纵蚊子交配来干扰交配或集中诱杀,利用性信息素增强雄性蚊子对野生雌性蚊子的性吸引力和交配竞争力,为有效实施蚊虫遗传控制策略奠定了理论基础,为今后减少蚊虫对化学农药的依赖,实现未来的减毒和灭蚊提供了新的途径。

责任编辑:Xu di

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