中國科學家揭示瘧疾傳播媒介按蚊交配奧秘 為減藥控蚊提供新途徑

眾所周知，蚊蟲除了叮咬騷擾人類，還是瘧疾、登革熱和寨卡熱等多種疾病的傳播媒介。據世界衛生組織統計，全球每年有2-3億新發瘧疾病例，每年奪走約50萬人生命。據科學研究發現，傳播瘧疾的罪魁禍首是一種被稱作“按蚊”的蚊子種類。

長期以來，蚊蟲防治主要依賴化學殺蟲劑，而泛濫使用化學農藥導致蚊蟲抗藥性和環境污染等問題日益突出。為了更加有效地減少蚊媒傳染病，近年來，蚊蟲遺傳防治技術的研究發展迅速，為蚊蟲的綠色防控提供了新途徑。但是，由于目前雄蚊集群交配行為的發生和兩性求偶通訊的機理尚不清楚，嚴重制約了蚊蟲遺傳防治的應用。

1月22日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心王四寶研究員領銜的研究團隊在國際頂尖學術期刊《科學》上發表論文，研究揭示了按蚊婚飛交配受內源生物鐘、外源光和溫度信號協同調控的分子機制，首次鑒定出按蚊性信息素活性成分，發現了按蚊兩性求偶的化學通訊奧秘，為今后減少蚊蟲防治對化學農藥的依賴、實現減藥控蚊提供了新途徑。

夏季黃昏時，雄性按蚊集結成群在空中飛舞，吸引雌蚊飛入后進行求偶交配，這種現象稱為婚飛。雌蚊受精后一般余生不再交配，這為通過釋放雄蚊的遺傳防治技術提供了獨特的優勢。據悉，早在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制一直尚未闡明。王四寶研究團隊綜合運用比較轉錄組、分子生物學、時間生物學、化學生態學等多學科交叉研究手段，揭示了按蚊婚飛和交配發生的機制。

生物鐘，通俗來講就是位于生物體內的一種“無形的鐘”，是指生物體內調控生物節律性的時間結構。王四寶介紹，在研究過程中，研究人員首先通過對野外采集的婚飛與非婚飛雄性按蚊頭部基因表達的比較分析，發現兩個生物鐘核心基因per和tim在婚飛雄蚊的頭部表達顯著上調，然而在干擾抑制基因per或tim的表達后，雄蚊婚飛和交配率會顯著下降，這就表明內源生物鐘能夠抑制按蚊的婚飛和交配行為。

那么為什么按蚊的的婚飛時間不在早上或中午，而偏偏選在了黃昏時分呢?對此，王四寶研究團隊分別測定了光照和不同溫度對按蚊交配活動的影響，研究發現，傍晚時持續光照和不適宜的環境溫度都會影響按蚊的婚飛和交配活動。不僅如此，研究還進一步發現，光照和溫度對按蚊婚飛和交配的影響是通過調控生物鐘基因per和tim的表達來實現的，從而揭示了內源生物鐘通過整合外源光照和溫度信號來協同調控按蚊在夏季黃昏時進行婚飛和交配的分子機制。

作為婚飛的壓軸戲，雄蚊向雌蚊求愛的化學語言“性信息素”，至今仍是未解之謎。據悉，性信息素是由昆蟲分泌的能引誘同種異性個體進行交尾的微量化學物質，昆蟲兩性間的交流和配偶選擇主要依靠性信息素通訊。在王四寶研究團隊的研究過程中，基因表達譜分析發現一個參與昆蟲表皮碳氫化合物(CHC)合成的基因desat1在婚飛雄蚊中的表達顯著上調，研究成員在干擾抑制desat1的表達后，發現其同樣影響按蚊的婚飛和交配行為。

據王四寶介紹，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，是昆蟲表皮蠟層的主要成分，其不僅可以防止體內水分散失、提供保護作用，還可作為信息化合物(如性信息素)，在昆蟲求偶識別和通訊交流中發揮重要作用。為了鑒定對按蚊求偶交配起調控作用的CHC成分，研究人員利用氣相色譜-質譜聯用技術分析在抑制desat1表達后雄蚊CHC的組分變化，發現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雌蚊的性吸引力顯著提高，并增加了雌蚊的受精率，這表明二十七烷是按蚊的性信息素活性成分。此外，據團隊進一步研究發現，desat1 的表達呈節律性振蕩，且受光照和生物鐘基因per和tim的調控，這就表明desat1是受光信號調控的生物鐘控制基因。

這些結果表明，外界光信號和內源生物鐘協同調控信息素合成基因desat1的節律性表達，來動態控制按蚊性信息素的合成量，從而促進婚飛時雄蚊的求偶和交配。

為了驗證per、tim、desat1是否也調控非洲瘧疾媒介—岡比亞按蚊的婚飛和交配行為，王四寶研究團隊與美國約翰·霍普金斯大學Marcelo Jacobs-Lorena教授、美國國立衛生研究院的 Joel Vega-Rodriguez團隊合作，證實了核心生物鐘基因(per、tim)和鐘控基因desat1在調控不同按蚊婚飛和交配中具有相同的功能。此外，聯合Marcelo Jacobs-Lorena教授、Joel Vega-Rodriguez博士和西非布基納法索國家的桑特科學研究所Diabate Abdoulaye研究團隊在布基納法索的博博迪烏拉索地區開展了戶外測試研究，證實了在戶外自然環境中生物鐘基因調控按蚊婚飛和交配行為的功能與作用。

“該成果的發表，將對于認識蚊蟲的生物學以及人類今后發展出如何控制蚊蟲，從而達到控制蚊蟲傳播疾病的目的具有重要意義。”中國昆蟲學會理事長康樂院士對該科研成果所帶來的意義予以高度認可。

該研究極大地促進了人們對按蚊婚飛和求偶交配發生機制的理解，也為研發蚊蟲綠色防控技術提供了新思路和新方法，例如通過操縱蚊蟲婚飛來干擾交配或集中誘殺，利用性信息素增強雄蚊對野外雌蚊的性吸引力和交配競爭力，為蚊蟲遺傳防治策略的高效實施奠定了理論基礎，為今后減少蚊蟲防治對化學農藥的依賴、實現減藥控蚊提供了新途徑。(王春)