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我好端端地谈恋爱,你却想借机弄死我

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新民晚报 2021-01-22 12:54

这绝对是夏秋之际最令人厌恶的声音,

没有之一。

蚊子种类繁多,

其中就有地球上最致命的动物——按蚊。

当疟原虫对青蒿素也产生了耐药性,

当蚊子越来越不忌惮杀虫剂……

人类还有什么妙招,

来对付这令人不堪其扰的小东西?

今天(22日)凌晨,

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

在国际顶尖学术期刊《科学》上发表论文,

揭示了按蚊集群婚飞的分子机制

和雌雄求偶的化学通讯奥秘

通俗来说,上海科学家瞄上了蚊子的“相亲大会”,

在雌雄蚊子陷入甜蜜“恋爱”时,消灭它们。

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按蚊交配(左:雄蚊,右:雌蚊)



01

小小蚊子“杀伤力”强

什么是世界上对人类威胁最大的动物?

凶猛的鲨鱼?狡猾的狼群?

答案或许令你大跌眼镜——蚊子

据世界卫生组织报告,全世界每年有2亿-3亿人感染疟疾,年死亡人数约50万。“为虎作伥”的首要“帮凶”,便是蚊子。疟疾由受疟原虫感染的雌性按蚊通过叮咬传播,其中尤以按蚊为传播媒介的疟疾最为严重,发病率和致死率始终居高不下。



理所当然,防疟疾先防蚊媒。科研人员告诉咖啡师,当前灭蚊仍依赖化学杀虫剂,但由于化学农药长期、大量和不合理的使用,不仅污染环境、损害人类健康,还导致蚊虫抗药性在全球蔓延。有人会想到让中国科学家获得诺贝尔奖的抗疟“利器”青蒿素,但世界上毕竟没有神药。很多科学家已经发现,在大湄公河次区域5个国家(柬埔寨、老挝、缅甸、泰国、越南),疟原虫对青蒿素已产生耐药性。

人们迫切需要研发新的替代工具来安全有效地控制蚊虫种群数量,从而减少蚊媒传染病。近年来,蚊虫遗传防治技术的研究发展迅速,为蚊虫的绿色防控提供了新途径。然而,目前关于雄蚊集群交配行为的发生和两性求偶通讯的机理尚不清楚,严重制约了蚊虫遗传防治的应用。

02

蚊子“相亲”引注意

来了解一下蚊子的基本特性吧——种类繁多,常见的主要有按蚊伊蚊库蚊三大类。“停在平面上时,爱‘翘屁股’的就是按蚊。”王四宝介绍。雌蚊为了产卵及繁殖后代需要血液补充营养维生,而雄蚊则吸食植物的汁液或花蜜为生



来辨别下,这是是雌还是雄?

蚊虫在集群飞行中完成求偶交配。夏季黄昏时,雄性按蚊集结成群在空中飞舞,吸引雌蚊飞入后进行求偶交配,这种现象称为婚飞。早在1634年就有蚊虫婚飞的观察记载,但按蚊婚飞和求偶交配的分子机制至今尚未阐明。值得一提的是,相比于雌蚊受精后余生不再交配的“情深意重”,雄性按蚊显然是“渣男”,但这恰好为通过释放雄蚊的遗传防治技术提供了独特的优势。

夏季、黄昏、求偶……

这些关键词进入了王四宝研究团队的视野。

03

生物钟核心基因有大作用

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,研究团队发现:两个生物钟核心基因——pertim在婚飞雄蚊的头部表达显著上调——有那么点荷尔蒙上脑的意思。换句话说,降低这两个基因的表达,就会显著抑制雄蚊的婚飞,进而降低交配率

按蚊对夏季黄昏这个时间点“情有独钟”,那时户外光线昏暗、温度适宜,选择的“约会”时间的确挺浪漫。由于地球的自转,环境光照和温度呈现昼夜周期性变化,科学家思量,那光照和温度这两个重要的环境信号是否参与调控了按蚊的婚飞和交配行为呢?

为此,王四宝研究团队“邀请”按蚊在其他光照和温度下“谈恋爱”。果然,按蚊是拒绝的——傍晚时持续光照和不适宜的环境温度都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,同样是通过调控生物钟基因per和tim的表达来实现的。科学家们此时明白: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的分子机制

04

相亲道具:“香水”

出门相亲前,除了打扮齐整,细心的男士还会适度喷点香水,以吸引女孩子的关注。雄性按蚊也懂这招。要知道,在婚飞过程中,雄性按蚊只有求偶成功后,才能与雌蚊交配。而昆虫两性间的交流和配偶选择主要依靠性信息素通讯——这是由昆虫分泌的能引诱同种异性个体进行交尾的微量化学物质。不过,作为婚飞的压轴戏,雄蚊向雌蚊求爱的化学语言“性信息素”,至今仍是未解之谜。

CHC是沉积在昆虫体表的一类碳氢化合物,也是许多昆虫性信息素的成分。研究发现,参与CHC合成的基因desat1在婚飞雄蚊中的表达显著上升。“如果抑制desat1的表达,同样会影响按蚊婚飞和交配行为。”王四宝介绍。



经化学分析鉴定和行为测定,发现二十七烷是按蚊性信息素的活性成分。有趣的是,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

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是受光信号调控的生物钟控制基因。这说明外界光信号和内源生物钟协同调控信息素合成基因desat1的节律性表达,来动态控制按蚊性信息素的合成量,从而促进婚飞时雄蚊的求偶和交配。

05

为减药控蚊提供新途径

这项研究极大地促进了人们对按蚊婚飞和求偶交配发生机制的理解。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。这为蚊虫遗传防治策略的高效实施奠定了理论基础,为研发蚊虫绿色防控技术,实现减药控蚊提供了新途径



下次按蚊的“相亲大会”,或许就是一次“引君入瓮”,等待它们的是集中诱杀的下场;

又或许,前来约会的雄性按蚊并没有生殖能力,不过“香水”喷得浓浓的,野外雌蚊挡不住诱惑,与之交配,也就无法繁衍后代了。

任何科学成果的背后,

都是长期的坚守。

成立于2012年的王四宝研究团队,一直和蚊子“较劲”。此前,他们还曾另辟蹊径:把蚊子的肠道细菌改造成抗疟疾的“细菌战士”——从按蚊体内分离到兼具水平和垂直传播能力的沙雷氏菌属新菌株AS1,能在多种按蚊肠道内高效特异地抑制或杀灭疟原虫,使按蚊成为无效疟疾媒介,从而在源头上切断疟疾传播。

展望未来,王四宝研究团队还将针对信息素nC27生物合成途径及调控机制,信息素感器、受体及其作用机理继续攻关。

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