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疟疾媒介按蚊婚飞和求偶的奥秘

发表时间：2021-02-03 10:44


Science
2021年1月22日，国际顶尖学术期刊《科学》上发表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研究论文“Clock genes and environmental cues coordinateAnopheles pheromone synthesis, swarming and mating”。

研究揭示了按蚊婚飞的分子机制和雌雄求偶的化学通讯奥秘。



原文地址：https://science.sciencemag.org/content/371/6527/411.full


蚊虫“婚飞”


夏季黄昏时，雄蚊集结成群在空中飞舞，吸引雌蚊飞入后进行求偶交配，大量雄蚊环绕几只雌蚊, 这种现象称为婚飞。蚊虫在群舞飞行中完成求偶交配。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。

按蚊在黄昏时婚飞和交配（摄影：Abdoulaye Diabate）

但目前，学界还尚不清楚雄蚊集群交配行为的发生和两性求偶通讯的机理。


婚飞奥秘


课题组采用比较转录组、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，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。


王四宝研究员正在观察按蚊求偶行为   杨正行摄



1
内源生物钟证据

生物钟核心基因period (per)和timeless (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


2
外源光照和温度信号

傍晚时持续光照和不适宜的环境温度均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。



“爱的信号”


性信息素是昆虫两性间交流和偶配选择的主要通讯信号，雄性按蚊在婚飞过程中只有成功求偶后，才能与雌蚊进行交配。


按蚊交配(左：雄蚊，右：雌蚊)

基因表达谱分析发现：一个参与昆虫表皮碳氢化合物（Cuticular hydrocarbon, CHC）合成的去饱和酶desaturase 1编码基因desat1在婚飞雄蚊中的表达显著上调。RNAi干扰抑制desat1的表达同样影响按蚊婚飞和交配行为。研究团队利用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS），比较了敲低desat1表达后的雄蚊CHC的组分变化，发现二十三烷和二十七烷等显著减少。腹部涂抹了人工合成的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，这表明二十七烷是按蚊的性信息素活性成分。进一步研究发现，desat1的表达呈节律性振荡，且受光照和生物钟基因per和tim的调控，表明desat1是受光信号调控的钟控基因。


　
这些结果揭示了按蚊内源生物钟整合外源光和环境温度信号协同调控雄蚊在黄昏时进行婚飞的机制，受光调控的钟控基因desat1参与合成的二十七烷作为信息素促进两性求偶和交配。
　
野外试验


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·霍普金斯大学教授Marcelo Jacobs-Lorena团队、美国国立卫生研究院（NIH）过敏和传染病研究所助理教授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、博士Joel Vega-Rodriguez和西非布基纳法索国家的桑特科学研究所研究员Diabate Abdoulaye团队在布基纳法索的博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。


研究意义


本研究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。该研究促进了学界对按蚊婚飞和求偶交配发生机制的理解，为研发蚊虫绿色防控技术提供了新思路和新方法，例如，通过操纵蚊虫婚飞以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，为减药控蚊提供了新途径。

资料来源：

2020.1.22

中科院之声

分子植物卓越中心揭示疟疾媒介按蚊婚飞和求偶的奥秘



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