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为何“蚊”约黄昏后?上海科学家发现雄蚊求爱的化学语言和交配的分子机制
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来源:上观新闻 作者:黄海华 2021-01-22 06:16
摘要:1634年就有蚊虫婚飞的观察记载

解放日报•上观新闻报道:究竟谁是世界上最致命的动物?豺狼虎豹,每年致死不足百人,而由按蚊传播的疟疾每年夺走约50万人生命,全球每年仍有2-3亿新发疟疾病例。青蒿素是当下治疗疟疾的最有效手段,但抗青蒿素的“超级疟疾”已在东南亚蔓延,屠呦呦早在2019年就发出警示:一旦疟原虫对青蒿素联合疗法产生抗药性,疟疾将无药可治。

除了“治”,有无“防”的手段呢?雌蚊受精后一般余生不再交配,这为向大自然释放“不具有繁殖能力的雄蚊”来控制蚊虫数量提供了独特优势。然而,人们对于雄蚊求偶交配行为的机理一直都不清楚。2021年1月22日,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权威学术期刊《科学》上发表论文,揭示了按蚊交配的分子机制和两性求偶的奥秘。


王四宝研究员  杨正行摄

【1634年就有蚊虫婚飞的观察记载】

蚊子种类繁多,主要有按蚊、伊蚊和库蚊三大类。按蚊,又称疟蚊,是疟疾的传播媒介。夏季黄昏时,雄性按蚊集结成群在空中飞舞,吸引雌蚊飞来后进行求偶交配,这种现象称为“婚飞”,早在1634年就有蚊虫婚飞的观察记载。


按蚊婚飞  AbdoulayeDiabate

王四宝团队通过对野外采集的婚飞与非婚飞雄性按蚊头部基因表达的比较分析,发现两个生物钟核心基因pertim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。

为何“蚊”约黄昏后?研究人员分别测定了光照和不同温度对按蚊交配活动的影响。研究发现,光照和温度对婚飞和交配的影响,是通过调控生物钟基因pertim的表达来实现的,从而揭示了生物钟通过整合光照和温度信号来协同调控按蚊进行婚飞和交配的分子机制。

【雄蚊求爱的化学语言是什么】

雄性按蚊在婚飞过程中只有求偶成功后,才能与雌蚊进行交配。作为婚飞的压轴戏,雄蚊向雌蚊求爱的化学语言“性信息素”究竟是什么活性成分,一直都是未解之谜。

前人研究发现,昆虫表皮碳氢化合物(CHC)不仅可以“保湿”,防止体内水分散失,还可作为信息化合物,在昆虫两性求偶和通讯交流中发挥重要作用。王四宝研究团队发现,参与合成CHC的基因desat1在婚飞雄蚊中的表达显著上调,而干扰抑制desat1的表达同样影响婚飞和交配行为。研究人员由此推测desat1可能参与了按蚊性信息素的合成。为了鉴定对按蚊雄蚊求偶交配起调控作用的CHC成分,研究人员在抑制desat1表达后,发现CHC的组分中二十七烷显著减少

“有趣的是,腹部被涂抹了人工合成二十七烷的雄蚊,对雌蚊的性吸引力显著提高,并增加了雌蚊的受精率,这表明二十七烷正是按蚊的性信息素活性成分。”王四宝研究员介绍。这是首次鉴定出按蚊性信息素的活性成分,破解了按蚊求偶时的化学通讯奥秘。

王四宝团队联合美国约翰•霍普金斯大学、美国国立卫生研究院和布基纳法索的桑特科学研究所研究人员,在疟疾流行的非洲西部地区开展了户外测试,证实了在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。

“这一创新研究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。”中国昆虫学会理事长、中科院院士康乐说。例如,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“不具有繁殖能力的雄蚊”对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,也为减少杀虫剂的使用和改善环境污染问题提供了新途径。

栏目主编:黄海华 文字编辑:黄海华 图片编辑:邵竞
除署名外,图片由采访对象提供
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