蚊属于典型的性二态昆虫,两性在行为上有着巨大差异,雄性成蚊主要依靠植物汁液获取碳源,而雌性只有吸血后卵巢才能够正常发育,这也是蚊传播多种人类疾病的重要基础.蚊的性二态由复杂的性别决定基因通路调控,虽然通路中两个关键因子双性基因(doublesex,dsx)与fruitless(fru)在结构和功能上与其他昆虫具有高度保守性,通过性别可变剪切最终调控下游性别表型与性行为相关基因,但是其性别决定初始信号即雄性决定因子(Male-determining factor,M-factor)无论与其他昆虫相比还是属种间均具有巨大的差异,而从M-factor至dsx的调控通路亦尚未明确.目前,利用已知的蚊性别决定基因对蚊进行基因改造,在实验室已经初步达到了性别逆转或种群抑制的效果.本文综述了蚊性别决定调控通路中初始信号雄性决定因子的进化和作用机制,其下游信号通路的响应模式,以及以性别决定基因为靶点的转基因蚊防制策略,为深入理解蚊性别决定机制与探讨蚊媒防制提供新思路.

[目的]RBP1是一种参与黑腹果蝇Drosophila melanogaster性别决定基因doublesex(dsx)pre-mRNA选择性剪接的重要剪接因子.本研究旨在克隆RBP1基因在西方蜜蜂Apis mellifera中的同源基因AmRBP1,分析其结构域及其在西方蜜蜂性别决定初期胚胎和幼虫不同发育阶段中的表达模式,以期为研究该基因是否参与蜜蜂性别决定奠定基础.[方法]基于NCBI中提交的西方蜜蜂基因数据库和转录组数据库,利用黑腹果蝇rbp1对数据库进行同源检索获得RBP1的转录组序列,并设计引物进行PCR扩增克隆AmRBP1基因,利用生物信息学软件对其进行核酸及氨基酸序列分析.采用半定量RT-PCR技术分析该基因在西方蜜蜂胚胎及幼虫期的表达模式.[结果]由序列比对分析可知,西方蜜蜂AmRBP1基因的pre-mRNA含有3种不同的选择性剪切形式.通过设计不同的引物,克隆得到3种成熟的mRNA序列,分别命名为AmRBP1-R1(GenBank登录号:KY404154)、AmRBP1-R2(GenBank登录号:KY404155)和AmRBP1-R3(GenBank登录号:KY404156);mRNA长度分别为696,790和771 nt,编码的蛋白大小分别为130,166和162 aa;结构域分析发现AmRBP1的3种选择性剪切形式具有相同的结构域,氨基端含有一个RRM结构域,羧基端含有一个RS结构域.同源性分析表明,西方蜜蜂AmRBP1与丽蝇蛹集金小蜂Nasonia vitripennis、红火蚁Solenopsis invicta、埃及伊蚊Aedes aegypti、黑腹果蝇D.melanogaster、家蚕Bombyx mori、家蝇Musca domestica和中华按蚊Anopheles sinensis RBP1蛋白氨基酸序列一致性分别为96.97％,94.20％,84.85％,81.48％,80.28％,78.15％和69.23％.半定量RT-PCR结果表明,AmRBP1基因的3种剪切形式(AmRBP1-R1-3)在西方蜜蜂胚胎和幼虫各时期均有表达,无雌特异性或雄特异性表达的剪切形式.[结论]西方蜜蜂AmRBP1可能是一种SR家族剪切因子,其有可能参与调控基因表达的特定剪切,但其是否参与doublesex(dsx)基因pre-mRNA的性别特异性剪切需要进一步研究.

[目的]染色体特征在昆虫系统发育研究中起着重要作用.然而,长翅目(Mecoptera)蚊蝎蛉科(Bittacidae)昆虫的染色体研究却比较匮乏.[方法]通过室内饲养获得淡黄蚊蝎Bittacus flavidus Huang&Hua各龄幼虫、蛹和成虫.取淡黄蚊蝎雄性末龄(4龄)幼虫、蛹和新羽化成虫精巢细胞进行染色体制片,通过4',6-二-脒基-2-苯基吲哚(4',6-diamidino-2-phenylindole,DAPI)荧光染色,研究染色体核型、减数分裂行为和性别决定机制.[结果]结果表明,淡黄蚊蝎蛉的染色体数目为2n=26 +XO,染色体均具有中着丝粒,核型高度对称.二价体绝对长度为(3.20±0.07)～(1.53±0.19) μm,相对长度为(5.31±0.29)～(2.73±0.24),均呈梯度变化.淡黄蚊蝎蛉的减数分裂为交叉型,其中核的平均交叉频率为11.5,二价体的平均交叉频率为0.88.性别决定机制为XX/XO型.DAPI荧光带型显示,粗线期二价体一端呈现高亮的AT富集区块.[结论]染色体特征(包括染色体数目、染色体臂基本数和核型公式等)在蚊蝎蛉科中表现出显著变异,表明染色体重排(尤其是融合、断裂和倒位)在蚊蝎蛉科昆虫的谱系分化和染色体演化中起着重要作用.

近年来,随着高通量测序技术和生物信息学分析技术的成熟和不断革新,蚊虫基因组学、转录组学、小RNA组学也获得了快速发展.迄今为止,已有包括白纹伊蚊、埃及伊蚊、冈比按蚊在内约22种媒介蚊虫的基因组被解析报道.不同蚊种的基因组大小差异很大,且与基因组中的重复序列的多少呈正相关;蚊基因组的解析和比较基因组的分析有助于探索蚊基因组的结构和功能;转录组的研究为蚊虫嗅觉、性别决定、胚胎发育等相关基因的研究提供了有效手段;小RNA组的研究揭示了miRNA和piRNA在蚊媒抗病毒免疫通路中具有重要作用.综上所述,蚊虫组学研究为防治媒介蚊虫和蚊媒传染病病提供了理论基础和数据支撑.

双翅目(Diptera)是完全变态昆虫中种类最多样化的昆虫,也是第一个基因组已完整测序的昆虫.目前共有110种双翅目昆虫具有公开的基因组,其中黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)和冈比亚按蚊(Anopheles gambiae)包含数百个种群基因组.比较基因组学阐明了双翅目昆虫的多种生物学问题,为基因组结构变异、遗传机制以及基因、物种、种群的进化速率和进化模式的研究提供了新思路.尽管双翅目昆虫基因组资源丰富,但仍有许多物种缺乏基因组信息.双翅目昆虫基因组研究对于揭示吸血、寄生、授粉和噬菌性等重要行为的多重起源具有重要价值.本文主要介绍了双翅目昆虫基因组的分布和不同物种基因组的特性,以及双翅目昆虫基因组中功能基因如细胞色素P450、免疫、性别决定和分化相关基因的研究进展,对双翅目昆虫比较基因组学中的重大发现进行了总结,以期在快速发展的基因组组学时代为其他物种进行基因组测序提供指导和借鉴,为开发基于基因组的害虫防治和治理提供理论基础.

蚊虫是一类重要的媒介生物,雌蚊可以通过吸血传播多种疾病,如疟疾、登革热、流行性乙型脑炎等.蚊虫嗅觉发生和雌雄性别的决定对蚊虫的生存繁衍、疾病传播至关重要,往往也是控制蚊虫种群密度、防治蚊媒传染病的关键所在.本文综述了媒介蚊虫的嗅觉发生和性别决定的基本功能、作用机制及研究进展,以期为蚊虫种群密度控制、蚊媒传染病防治等提供参考依据.

性别决定是发育和进化生物学研究的一个重大问题.已知大多数昆虫的性别决定级联为:初级信号因子→性别决定关键基因→双性基因→性别分化基因.尽管遵循这样的模式,但不同昆虫的性别决定基因和调控机制各不相同,特别是性别决定初级信号因子存在较大分歧.自黑腹果蝇Drosophila melanogaster的初级信号被发现以来,人们陆续确定了蚊子、蜜蜂、丽蝇蛹集金小蜂Nasoniavitripennis、家蚕Bombyx mori等模式昆虫的初级信号.初级信号的种类复杂多样,包括性染色体的剂量、雄性化因子(male-determining factors,M factors)、等位基因的杂合度、母代印记等,这在一定程度上增加了非模式昆虫的研究难度.尽管如此,昆虫性别决定级联的下游调控机制仍相对保守,特别是 transformer(tra)+transformer2(tra2)→doublesex(dsx)/fruitless(fru)的调控模式在大多数昆虫中存在共性.tra通过感知初级信号而发生选择性可变剪接,并在tra2的帮助下实现其对自身及下游dsx和fru的剪接调控,从而维持性别发育.dsx作为级联末端的"双开关",是昆虫性别决定级联中最保守的基因.它在调控两性发育、求偶行为、外生殖器及性二态特征的形成方面均表现出高度的保守性.fru作为果蝇性行为的开关基因,几乎参与调控果蝇所有雄性性行为.它的功能在橘小实蝇Bactrocera dorsalis、埃及伊蚊Aedes aegypti、家蚕等多种昆虫中得到验证,成为理解昆虫复杂性行为的典型基因.了解昆虫性别决定级联,理清各性别决定基因的功能及其相互作用关系,是阐明性别决定机制的根本,为揭示昆虫性别决定的一般规律、推动昆虫性别决定上游调控机制的基础研究以及实现昆虫的性别遗传操控提供理论基础.