媒介昆虫可传播寄生虫和病毒,如疟原虫、寨卡病毒和登革热病毒等,每年在全球范围内造成重大的经济损失与人员伤亡.农业害虫则每年造成农作物产量的重大损失,严重威胁着全球粮食安全.然而,目前基于化学防治等手段已不足以完全控制害虫的发生与危害.同时,使用化学农药会导致抗性产生,造成环境污染和农药残留等.因此,生产上亟需开发新型害虫控制策略.近年来,随着基因组测序技术和基因编辑技术的发展,针对目标害虫种群及其特定靶标基因的遗传控制技术迅速发展.相比传统的有害生物防控手段如化学防治等,害虫遗传控制策略具有物种特异性、环境友好和防控高效等优势.本文主要综述了研究较为广泛的几种害虫遗传控制技术,包括昆虫不育技术(sterile insect technique,SIT)、昆虫显性致死释放(release of insects carrying a dominant lethal,RIDL)技术以及基因驱动(gene drive,GD)技术等的研究现状与应用案例.最后,我们对害虫遗传控制技术研究及其在农业害虫防治中的应用做出了几点展望:(1)建立稳定高效的遗传操作体系;(2)鉴定生殖细胞或其他组织中高效的启动子,以提高基因编辑或基因转化的效率;(3)解析害虫性别决定通路和挖掘参与害虫生殖发育的关键基因.

疟疾、登革热、寨卡病毒病及流行性乙型脑炎等蚊媒传染病对全球公共卫生造成了严重负担.目前大部分蚊媒传染病预防与控制以媒介蚊虫控制为主.控制媒介蚊虫需要采取综合防制措施,其中生物防制如以控制有害昆虫种群为目的的昆虫不育技术,因其特异性强、安全有效、绿色环保,将成为蚊媒综合防制措施的重要组成部分.释放高质量的绝育雄虫是昆虫不育技术成功的关键保障之一,而集约化生产操作、诱导雄虫绝育的辐照,均会影响绝育雄虫的质量.蚊虫肠道内栖息着大量微生物,这些微生物在宿主的生长发育、抵御侵害、免疫调控等方面发挥着重要作用.该文综述了蚊虫肠道微生物的种类和功能,分析了肠道微生物与绝育雄蚊"致弱"的潜在关系,并展望肠道微生物在昆虫不育技术中控制蚊虫的应用前景,即利用蚊虫肠道微生物群来减缓或修复绝育雄蚊的"致弱",从而提升昆虫不育技术控制蚊媒的效率.

离腹寡毛实蝇属Bactrocera spp.实蝇对全世界的水果和蔬菜产生巨大的威胁,造成严重的经济损失.传统的杀虫剂化学防治、不育技术(sterile insect technique,SIT)、雄虫灭绝技术(male annihilation technique,MAT)一直是防控大多数实蝇的主要措施,但具有一定的局限性.因此,急需新的环保型防控方法来防治实蝇.为建立基于昆虫行为的防治策略,本文对离腹寡毛实蝇Bactrocera spp.两性的生殖通讯及相关的行为进行了概述.总结了实蝇的交配系统以及雄虫在求偶之前在求偶炫耀场所的一系列行为,阐述了雌虫交配后产卵标记行为和竞争单个产卵位置的行为以及未来的研究方向,将为实蝇害虫综合治理提供新的思路及参考.

蚊虫是疟疾和登革热等多种疾病的传播媒介,蚊虫防治可以有效地降低蚊媒传染病的发病率.目前,蚊虫的防治主要依赖于化学杀虫剂,但杀虫剂大量和不合理的使用,不仅污染环境而且使蚊虫普遍产生了的抗药性.随着分子生物学和基因工程技术的快速发展与不断完善,使得既安全环保又高效的蚊虫防治措施的开发成为可能.利用转基因技术防治蚊虫是近年来备受关注的方法,包括昆虫不育技术、RNA干扰技术、携带显性致死基因昆虫的释放技术和基因改造技术,通过降低野外蚊虫种群数量或传播疾病的能力,达到控制蚊虫及蚊媒传染病的目的.本文对转基因技术的现状及应用进展进行综述,并讨论该技术在蚊虫及蚊媒传染病防治的实际应用中需要解决的问题.

蚊媒病是严重的公共卫生问题,遗传控制策略用于蚊虫的控制,它具有种特异性、环境友好、创新性等特点,本文对遗传控制策略的目标、分类及实际应用进展等进行了概述.

马铃薯块茎蛾又称烟草潜叶蛾Phthorimaea operculella,起源于中美洲和南美洲北部地区,现已分布在亚洲、欧洲、北美洲、非洲等100多个国家,是茄科作物的世界性农业害虫,尤其对马铃薯有毁灭性的危害.目前,该虫在我国南方马铃薯产区普遍发生,尤其是在云南、四川、贵州等地区该害虫发生极为严重,且随着气候的变化该虫可能会扩散到其他马铃薯生产区.马铃薯块茎蛾主要进行两性生殖,少数孤雌生殖,其幼虫钻蛀叶片和薯块危害.初孵幼虫无性二态性,4龄幼虫、蛹和成虫均可依据外形特征进行雌雄区分.马铃薯块茎蛾发生世代数取决于当地的农业气候条件,年发生2～12代.马铃薯块茎蛾对温度有广泛的适应性,且在干燥炎热的年份该虫容易大爆发.马铃薯块茎蛾早期防控主要集中在种植抗性品种、深种、灌溉等农业防治措施上,但化学防治依然是马铃薯生产过程中防治马铃薯块茎蛾的主要方式,由于化学农药的广泛使用,该虫对有机磷类、拟除虫菊酯类等杀虫剂均产生了不同程度的抗性;为了减少化学农药的使用,延缓抗药性的发展,发现并筛选到多种对马铃薯块茎蛾具有防治作用的天敌昆虫和昆虫病原微生物.以(E4,Z7)-十三碳二烯基乙酸酯和(E4,Z7,Z10)-十三碳三烯基乙酸酯为主要成分的马铃薯块茎蛾性信息素在马铃薯块茎蛾监测和防治中也取得了较好的效果.桉树、皱叶薄荷等植物源化合物能够抑制马铃薯块茎蛾产卵;转基因抗虫马铃薯、遗传不育技术等绿色防控技术也成为了防控马铃薯块茎蛾的新方法.以往的研究发现使用单一生物防治手段很难达到理想的防控效果,集成与生物防控技术相容的化学物质、自然天敌和病原微生物等技术是有效控制马铃薯块茎蛾种群的重要趋势.本文系统综述了国内外马铃薯块茎蛾发生为害规律及综合防控技术研究进展,以期为马铃薯块茎蛾的持续治理提供参考依据.

目的 X射线辐射昆虫不育技术是一种新型的白纹伊蚊防控手段.通过白纹伊蚊蛹期X射线系列辐照实验,可以得到X射线辐照和不育效果之间的关系,为进一步应用X射线辐射昆虫不育技术防控白纹伊蚊及其蚊媒疾病的流行奠定基础.方法 利用培育自中国南方地区的白纹伊蚊蛹,进行不同发育期蛹和不同X射线辐照强度的系列实验,以考察蚊虫羽化率、存活率、生存力、不育强度以及雄性交配竞争力等因素与辐照之间的关系.采用单因素方差分析和多重比较(Tukey hoc-post test)分析各实验变量的影响.结果 在＜60 Gy的剂量下,X射线辐射基本不影响伊蚊蛹羽化率和辐射蛹孵化培育出成蚊的存活率,但会降低成蚊的平均寿命.在40 Gy剂量下,伊蚊蛹孵化培育的雄性成蚊接近97.0％不育,其竞争交配能力降低为0.5±0.0;在40或60Gy的辐射下,辐射蛹孵化培育的雌性成蚊则接近100％不育.释放比例为7∶1时,不育雄蚊诱导的不育率为74.1％.结论 对白纹伊蚊蛹期辐照不育来说,40 Gy的X射线剂量是最佳不育剂量,验证了X射线辐射不育用于白纹伊蚊防控的可行性.

在过去的几十年中,昆虫不育技术(sterile insect technique,SIT)已被用于防治农业害虫和人类健康相关的病媒害虫.相较于传统的农药控制策略,昆虫不育技术具有物种特异性和环境友好型等特点.通过释放不育雄虫的昆虫不育技术的主要障碍是在大规模饲养阶段将雄性与雌性分离,从而提高这些防治方法的成本效率,并防止释放携带和传播疾病的雌性群体.目前大多数针对双翅目害虫的遗传防治策略没有进行性别分离,少数害虫性别分离方法是基于蛹的大小或者雌雄蛹羽化时间差异进行人工识别和机械识别分离.双翅目昆虫性别决定及分化分子机制多种多样,其性别决定主要信号差异巨大,其多种性别决定基因已用于性别分离系统的开发.性比失衡性别分离策略通过破坏性别决定途径关键基因的表达获得雄性偏向后代,雌性条件性致死分离策略利用性别决定关键基因的雌雄选择性剪接差异实现性别分离,这两种性别分离策略目前正在害虫不育防治中接受大规模饲养应用评估,而基于双翅目昆虫雌雄性二态和基因标记发展的可视化性别分离策略也已成功实现多种害虫的性别分离.我们对性比失衡分离策略、雌性条件性致死分离策略和可视化性别分离策略在双翅目害虫中的研究进展进行了综述,重点评估了这些方法在雄虫大规模饲养和释放的应用潜力,以期在更完善的性别分离技术支持下为害虫防治研究取得更多突破性进展.

沃尔巴克氏体Wolbachia为母系传播的胞内共生菌,可通过对宿主产生多种调控方式扩大其自身在宿主种群的传播.据推测,有40％ ～ 60％的节肢动物都感染有Wolbachia,并可根据不同株系间的系统发育关系将其分为多个超群.为了有助于深入研究Wolbachia对其宿主的调控方式及其调控机制及提出更为有效的害虫生物防治策略,本文综述了节肢动物内共生菌Wolbachia的研究现状.1924年Wolbachia被报道首次发现于尖音库蚊Culex pipiens的生殖组织中,1971年确认其与宿主的胞质不亲和现象有关.Wolbachia可以通过胞质不亲和、杀雄、雌性化、孤雌生殖等作用方式调控宿主的生殖.除生殖调控之外,Wolbachia对宿主的调控方式还包括调控宿主新陈代谢、抵制病原菌、影响宿主生殖力等.Wolbachia调控的胞质不亲和现象可用“修饰-营救”(modificationrescue)模型解释,且已有与Wolbachia诱导宿主胞质不亲和相关的功能基因被报道.wMel株系是首个公布全基因组序列的Wolbachia株系,随后又有数十种不同株系的Wolbachia基因组陆续被破译.wMel株系Wolbachia可起到抑制登革热病毒传播的作用;同时,Wolbachia和昆虫不育技术的结合对白纹伊蚊Aedes albopictus野外种群起到良好的控制效果.鉴于目前节肢动物内共生菌Wolbachia的研究现状,我们认为未来应开展以下研究:(1)Wolbachia基因组及生殖调控作用关键功能基因的研究;(2) Wolbachia与宿主间互作机制的研究;(3)Wolbachia在生物防治方面的应用.

[目的]Fox家族蛋白是调控动物发育的关键转录因子.本文分析了鳞翅目昆虫家蚕Bombyxmori的BmFoxG亚家族蛋白在精巢发育中的作用,为基于生殖系统的家蚕性状优化或害虫不育技术的开发提供理论依据.[方法]利用PCR克隆家蚕BmFoxG-1 和 BmFoxG-2基因;通过生物信息学工具对BmFoxG蛋白的结构及理化性质进行分析;采用qPCR技术检测BmFoxG基因在家蚕不同发育阶段的精巢中的表达变化;在家蚕Bm12细胞株中过表达BmFoxG-1,并通过qRT-PCR分析BmFoxG-1调控的靶基因.[结果]本文克隆获得了 BmFoxG-1(933 bp)和 BmFoxG-2(702 bp)两个基因.BmFoxG-1 和 BmFoxG-2蛋白均包含保守的Forkhead结构域,但BmFoxG-1蛋白在C端多出约60个氨基酸.BmFoxG-2基因在家蚕不同发育时期的精巢中的表达量均较低;BmFoxG-1 的表达均显着高于BmFoxG-2,且随着发育时期而变化,暗示BmFoxG-1参与精巢的发育.生殖细胞发育基因BmVasa、BmCyclinA等多个细胞周期基因以及精子鞭毛发育相关基因BMSK0009828在不同发育阶段的精巢中的表达趋势与BmFoxG-1类似,且BmFoxG-1在家蚕细胞中的过表达可以显著上调BmVasa、BmCyclinA和BMSK0009828等精巢发育相关基因的表达.[结论]我们推测BmFoxG-1蛋白可能通过调节精巢细胞周期或生殖细胞的功能来调节家蚕精巢的发育.