众所周知，蚊虫除了叮咬骚扰人类，还是疟疾、登革热和寨卡热等多种疾病的传播媒介。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。据科学研究发现，传播疟疾的罪魁祸首是一种被称作“按蚊”的蚊子种类。
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雌蚊嗜血 摄/王官栋 孙佩璐
长期以来，蚊虫防治主要依赖化学杀虫剂，而泛滥使用化学农药导致蚊虫抗药性和环境污染等问题日益突出。为了更加有效地减少蚊媒传染病，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。但是，由于目前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。
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王四宝研究员正在观察按蚊求偶行为 摄/杨正行
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》上发表论文，研究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，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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按蚊在黄昏时婚飞和交配 摄/Abdoulaye Diabate
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。雌蚊受精后一般余生不再交配，这为通过释放雄蚊的遗传防治技术提供了独特的优势。据悉，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一直尚未阐明。王四宝研究团队综合运用比较转录组、分子生物学、时间生物学、化学生态学等多学科交叉研究手段，揭示了按蚊婚飞和交配发生的机制。
生物钟，通俗来讲就是位于生物体内的一种“无形的钟”，是指生物体内调控生物节律性的时间结构。王四宝介绍，在研究过程中，研究人员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，然而在干扰抑制基因per或tim的表达后，雄蚊婚飞和交配率会显著下降，这就表明内源生物钟能够抑制按蚊的婚飞和交配行为。
那么为什么按蚊的的婚飞时间不在早上或中午，而偏偏选在了黄昏时分呢？对此，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，研究发现，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。不仅如此，研究还进一步发现，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的表达来实现的，从而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。
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。据悉，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，昆虫两性间的交流和配偶选择主要依靠性信息素通讯。在王四宝研究团队的研究过程中，基因表达谱分析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，研究成员在干扰抑制desat1的表达后，发现其同样影响按蚊的婚飞和交配行为。
据王四宝介绍，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，其不仅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。为了鉴定对按蚊求偶交配起调控作用的CHC成分，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，这表明二十七烷是按蚊的性信息素活性成分。此外，据团队进一步研究发现，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，这就表明desat1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。
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的 Joel Vega-Rodriguez团队合作，证实了核心生物钟基因(per、tim)和钟控基因desat1在调控不同按蚊婚飞和交配中具有相同的功能。此外，联合Marcelo Jacobs-Lorena教授、Joel Vega-Rodriguez博士和西非布基纳法索国家的桑特科学研究所Diabate Abdoulaye研究团队在布基纳法索的博博迪乌拉索地区开展了户外测试研究，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。
“该成果的发表，将对于认识蚊虫的生物学以及人类今后发展出如何控制蚊虫，从而达到控制蚊虫传播疾病的目的具有重要意义。”中国昆虫学会理事长康乐院士对该科研成果所带来的意义予以高度认可。
该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，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。
