【上海科技報】按蚊是怎么“談戀愛”的?上海科學家破解相關科學機制

按蚊是人類社會中常見的一種蚊子,因會傳播瘧疾又被稱為瘧蚊。為了減少瘧疾,人們曾經使用化學殺蟲劑來對付按蚊,卻造成了蚊蟲抗藥性、環境污染等問題。科學家們又遺傳改造了一批不能繁殖后代的雄蚊,希望降低野生按蚊的數量。然而這些人造雄蚊在按蚊的“相親大會”——婚飛中,壓根得不到雌蚊的青睞。按蚊是怎么“談戀愛”的?這已經不僅僅是科學家們希望破解的科學問題,還與蚊蟲綠色生態防控、疾病源頭防控等的效果息息相關。

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,揭示了按蚊集群婚飛的分子機制和雌雄求偶的化學通訊奧秘。

為何約在夏日黃昏后?

夏日的黃昏,在斜陽柔和的余輝下,雄性按蚊似乎已經按捺不住內心的“喜悅”。它們成群結隊地在空中翩翩起舞,宛如天邊飄來的一片“烏云”。很快,雌蚊被吸引并加入其中。相互“來電”的雄雌按蚊會結隊出群,完成交配。這場在昆蟲世界里蔚為壯觀的“相親大會”被稱為婚飛。早在1634年,就有人對蚊蟲婚飛現象進行了觀察記載。

那么,究竟是什么樣的分子機制,造就了數百萬年來按蚊一直按部就班舉行的婚飛和求偶交配活動?長期從事蚊子研究的中國科學院分子植物科學卓越創新中心王四寶研究員,帶領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、代謝組學、行為學等多學科交叉研究手段,對這個問題進行了深入研究。

研究人員首先收集了野外婚飛與非婚飛的雄性按蚊頭部,并對基因表達進行了分析比較。結果發現,按蚊身體里的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。降低per或tim的表達會顯著抑制雄蚊的婚飛,進而降低交配率。

由于按蚊的婚飛總是發生在夏季黃昏時分,此時戶外光線昏暗、溫度適宜。“我們設想,光照和溫度這兩個重要的環境信號是否了參與調控。”王四寶說,研究人員分別測定了光照和不同溫度對按蚊交配活動的影響,發現的確如此。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。而這兩個環境因素也是通過調控per和tim的表達來實現的。

由此可見,“蚊約夏日黃昏后”是內源生物鐘與外源光照、溫度信號聯動的結果,可謂占盡“天時、地利、蚊合”。

雌蚊如何“聞香識雄蚊”?

在一大群“群魔亂舞”的雄蚊里,雌蚊是如何挑選心儀對象的?它們不用眼睛,而是“聞香識雄蚊”。在婚飛中,雄蚊向雌蚊發出求愛的化學語言——性信息素。王四寶科研團隊在基因表達譜分析中發現,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。干擾抑制desat1的表達同樣影響按蚊婚飛和交配行為。

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。研究人員推測,desat1可能參與了按蚊性信息素的合成。

利用氣相色譜—質譜聯用技術,研究人員分析了抑制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。“二十七烷是按蚊的性信息素活性成分。”王四寶說,“這就像是男性噴灑香水,以此來增加對女性吸引力。”

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,表明desat1是受光信號調控的生物鐘控制基因。

為蚊蟲綠色防控提供新路徑

在理順了按蚊“談戀愛”的時間、地點和吸引力的奧秘之后,就可以回答“為何人工培育的絕育雄性按蚊得不到野生雌性按蚊青睞”的問題。“簡單而言,人工培育的按蚊生物鐘和野生按蚊生物鐘不同。實驗室里早7點開燈、晚7點關燈,人工培育的按蚊經常在晚上9點婚飛,但野生按蚊婚飛時間是在傍晚的6點。兩者根本就沒碰上,怎么可能交配。”王四寶說,“如果我們能夠根據不同地點的光照、溫度,給予人工培育按蚊正確的生物鐘,或是給雄蚊噴上更強的‘香水’,就會讓雌蚊青睞不能繁殖后代的人工培育雄蚊。”

而為了驗證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,王四寶研究團隊還與美國約翰·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,在布基納法索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。

事實上,按蚊婚飛和求偶交配發生機制的破解,為研發蚊蟲綠色防控技術提供了新思路和新方法,也為今后減少蚊蟲防治對化學農藥的依賴、實現減藥控蚊目標提供了新途徑。王四寶指出:“除了按蚊之外,伊蚊、庫蚊、白蟻等也都有婚飛行為,新的研究結論對這類蚊蟲的綠色防控也是有啟發的。”

文章鏈接:http://www.duob.cn/content.html?id=214488

彩88app