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顶尖学术期刊《科学》上发表题为“生物钟基因、光照和环境温度协同调控疟疾媒介按蚊的性信息素合成、婚飞和交配”的论文，综合运用多学科交叉研究手段，揭示了作为疟疾主要传播媒介的按蚊集群婚飞的分子机制和雌雄求偶的化学通讯奥秘。成果为蚊虫遗传防治策略的高效实施奠定了理论基础，有望改变蚊虫防治严重依赖化学农药的现状，实现减药控蚊。

致命按蚊会“婚飞”，人类观察了近400年，未破解机理

蚊虫是疟疾、登革热和寨卡热等多种疾病的传播媒介。雌蚊为了产卵需要血液补充营养，雄蚊则吸食植物汁液或花蜜为生。蚊子常见的有按蚊、伊蚊和库蚊三大类。按蚊又称疟蚊，主要在夜间活动，是疟疾的传播媒介，是“地球上最致命的动物”——据世界卫生组织统计，全球每年有2-3亿新发疟疾病例，每年夺走约50万人生命。由于缺乏疫苗，防治媒介蚊虫是控制和消除蚊媒传染病的有效手段。蚊虫防治主要依赖化学杀虫剂，其长期滥用导致蚊虫抗药性和环境污染日益突出。为寻求新的解决方案，近年来，蚊虫遗传防治技术研究发展迅速，为蚊虫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。

夏季黄昏，雄性集群在空中飞舞，吸引雌蚊飞入后求偶交配，这种现象称为“婚飞”。雌蚊受精后一般余生不再交配，为通过释放雄蚊遗传防治技术提供了独特优势。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。

小按蚊大奥妙，多学科交叉研究才揭示：它们交流求偶受这三个基因调控

王四宝研究员现任中国科学院昆虫发育与进化生物学重点实验室副主任，近年在蚊虫媒介分子生物学、蚊虫与病原体互作机制及蚊媒疾病阻断控制新策略的前沿研究领域，取得一系列具有国际影响力的原创成果。此次，他带领研究团队综合运用比较转录组、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机制。

他们首先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per和tim在婚飞雄蚊的头部表达显著上调。降低其表达会显著抑制雄蚊的婚飞，降低交配率，表明内源生物种控制按蚊婚飞和交配。

按蚊选择在夏季黄昏进行婚飞，户外光线昏暗、温度适宜，那么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呢？王四宝研究团队分别测定了光照和不同温度对按蚊交配活动的影响。发现傍晚持续光照和不适宜环境温度都会有所影响。且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的表达实现的，揭示了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。

王四宝研究员说，雄性按蚊婚飞中只有求偶成功，才能与雌蚊交配。昆虫两性间的交流和配偶选择主要依靠性信息素通讯。性信息素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。作为婚飞压轴戏，雄蚊求爱的化学语言“性信息素”，至今仍是未解之谜。基因表达谱分析还发现一个参与昆虫表皮碳氢化合物（CHC）合成的基因desat1在婚飞雄蚊中的表达显著上调。干扰抑制该基因的表达同样影响按蚊婚飞和交配行为。CHC是沉积在昆虫体表、由碳和氢两种元素组成的一类烃类物质，是昆虫表皮蜡层的主要成分，可以防止体内水分散失、提供保护作用，还可作为信息化合物（如性信息素）在昆虫求偶识别和通讯交流中发挥重要作用。研究人员利用气相色谱-质谱联用技术分析在抑制desat1表达后雄蚊CHC的组分变化，发现二十七烷等显著减少。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，表明二十七烷是按蚊的性信息素活性成分。他们进一步研究发现，desat1 的表达呈节律性振荡，是受光信号调控的生物钟控制基因。这些结果表明，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。

国际合作测试疟蚊，为减药控蚊开辟新途径

为了验证per、tim、desat1是否也调控非洲疟疾媒介冈比亚按蚊的婚飞和交配行为，王四宝研究团队牵头与美国约翰·霍普金斯大学Marcelo Jacobs-Lorena教授、美国国立卫生研究院Joel Vega-Rodriguez团队合作，证实了两种核心生物钟基因和钟控基因desat1在调控不同按蚊婚飞和交配中具有相同功能。此外，三个研究团队还联手西非布基纳法索国家的桑特科学研究所Diabate Abdoulaye团队，在布基纳法索的博博迪乌拉索地区开展户外测试研究，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。

综上所述，该项研究系统深入地揭示了按蚊婚飞交配受内源生物钟、外源光和温度信号协同调控的分子机制；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，极大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，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，为今后减少蚊虫防治对化学农药的依赖、实现减药控蚊提供了新途径。

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