按蚊的遗传控制 张文娟.doc

单位代码：10635 学号：112013327001873 西南大学课 程 论 文按蚊遗传控制的研究进展论文作者：张文娟研究方向：农业昆虫与害虫防治教学院系：植物保护学院教学专业：植物病毒与媒介昆虫学概论中国重庆2014年6月13日按蚊遗传控制的研究进展张文娟（西南大学植物保护学院，重庆400715）摘要：按蚊是疟疾传播的主要媒介，媒介控制能有效减少疟疾患病率和死亡率。遗传控制是很受关注的新方法，包括转基因技术、优势死亡技术和RNA干扰技术等来减少和替代媒介种群，转基因技术对蚊虫进行遗传修饰使其密度下降或降低其传播疾病的能力。本文就从这些方面对该领域的研究进展进行了综述。关键词：遗传控制；转基因；优势死亡技术；RNA干扰Research progress on genetic control of AnophelesZhang Wenjuan (Colleage of Plant Protection, Southwest University ,Chongqing 400715 )Abstract: Anopheles is the major vector of malaria and control of this mosquito will reduce significantly human morbidity and mortalityA genetic control strategy，including population reduction and population replacement based on transgenic technology, release 0f insects carrying a dominant lethal and RNA interference,is an attractive new control methodology. Transgenic technology to genetically modified mosquitoes decreased the density or reduce its ability to spread disease.This review summarized the main research progress on vector genetic controlKey words:Genetic control；Transgenic；Release of insects carrying a dominate lethal；RNA interference引言 世界上昆虫种类繁多，但能成为疾病传播媒介者仅其中少数。例如，我国已记载的蚊类有360余种，其中传播疟疾的重要蚊种仅4种，传播登革热的媒介蚊种仅2种。近年,由于蚊媒对杀虫剂的抗药性等多种原因,致使现有蚊媒防治措施的实施受到限制.因而人们把蚊媒病的防治策略转到了遗传操纵上,其目的是减少和替代目标种群,改变其作为疾病媒介的特性。 蚊虫是人类一些重要传染病如疟疾、登革热、黄热病等的传播媒介，蚊媒疾病广泛存在并严重威胁着人类的健康。控制媒介按蚊能有效减少疟疾患病率和死亡率，控制的方法主要有生物、遗传、化学和环境控制。其中化学、生物和环境控制已有上百年的历史，在控制病媒方面也取得了显著的成效。但杀虫剂的长期使用会引起其抗性的产生、导致周围环境的污染且对非目标生物产生负作用，此外，环境控制还需要长期的维护管理，这些不利因素都使得该方法不能得到长期应用。随着现代生物技术的飞速发展，开发适用、安全、有力和高效的遗传控制措施已成为可能。应用转基因技术、优势死亡技术(release of insects carrying a dominate lethal，RIDL)和RNA干扰技术(RNA interference，RNAi)来减少和替代媒介种群的遗传控制策略已取得了一些突破性进展。1 媒介遗传控制概述早期遗传控制是把生物经适当的处理和选择后，用来控制它们自己，经改变遗传特征的变种不能与野生种群相容而产生不育的杂交种。1930年Knipling提出了可以用释放大量不育雄虫来控制有害种群的想法；20世纪50年代初用不育昆虫技术控制蚊媒归；1976年Curtis等对冈比亚按蚊进行了基因性别系统的实验。尽管大量的实验显示蚊媒种群数量减少，但释放区域得到长期控制或彻底消除的例子却非常少，所以目前疟疾媒介的遗传控制仍处于实验室研究阶段。2 主要技术的应用 21辐射技术的应用 2006年Helinski等对辐射致阿拉伯按蚊不育进行研究，采用0100Gy伽马射线分别对阿拉伯按蚊的蛹和成蚊进行辐射绝育，并观察其生存能力和受精能力。与未经辐射者比较，发现经辐射后的蛹和成蚊的生存曲线相似或者稍高，蛹期所受辐射剂量与受精能力呈负相关，但成蚊期所受辐射剂量与受精能力无明显相关，从而认为辐射技术适用于蚊蛹期。Sharma等研究发现经80Gy伽马射线辐射的斯氏按蚊竞争力比120Gy的多17倍。Helinski等在苏丹对辐射过的阿拉伯按蚊的交配率进行研究，发现经辐射雄蚊与野外雌蚊的交配率为72，而野外雄蚊与野外雌蚊的交配率为81，两者差异无统计学意义，提示辐射不育雄蚊可替代野外雄蚊。22 RIDL技术的应用RIDL是蚊虫控制领域的新技术，它不同于传统的不育昆虫技术，所释放的蚊子是携带优势死亡基因的纯合子，而非经辐射的不育蚊。这种纯合子与野外蚊虫交配产生的后代，死亡基因能造成后代死亡，最终致种群减少。释放携带有一种优势死亡（RIDL）基因，对某些昆虫显示一定的应答效果。基于这种转基因的方法，达到减少和消除媒介种群。Wise等应用RIDL转入技术，在埃及伊蚊体内导入OX3604C基因，使雌蚊不能飞行，所以只释放了能飞行的不育雄蚊，而改变媒介种群。通过实验发现，释放OX3604C蚊虫：待消除目标蚊虫的比例为(8.5l0)：1时，可以在1020周内消除目标种群。由于RIDL和不育昆虫技术(SIT)都有其各自优势，因此，有学者提出了联合应用RIDL和SIT方法控制蚊媒，这种联合技术比单一应用其中一种技术能够更快地消除目标媒介按蚊。但是，将这类措施作为控制疟疾项目在非洲实施，将会遇到极大的困难。因为繁殖不相溶性亚种和蚊虫迁移，既使转基因蚊消除某种媒介成功，留下的生态空间也将很快被另外的疟疾传播媒介填充。因此，通过用携带抗病基因的转基因昆虫取代或替代野生种群达到抑制或消除某一种群的方法将更为适当。但是，这种研究方法需要释放大量昆虫可能引起公害和成为第二种疾病的潜在性媒介。因此，广泛释放遗传修饰蚊，最好的办法是释放不吸血的雄蚊。23 RNAi技术的应用 RNAi是引起基因沉默的一种技术，将根据基因序列制备的双链RNA注入体内，可引起该基因编码的mRNA降解，从而抑制该基因的功能.2004年公茂庆等研究发现,在蚊虫细胞内，双链RNA能特异性地抑制相应的同源性基因的表达，引起基因沉默，证实蚊虫细胞内存在RNA干扰现象。2008年，Magalhaes等通过使用RNA干扰技术，在实验室中，向血餐后的冈比亚按蚊胸内注射合成的dsgal(-gal dsRNA，对照组，按蚊188只)、dsCat(dsRNA catalase,实验组，按蚊179只)和dsQSOX(dsRNA QSOX，实验组，按蚊200只)，其中后两组所注入的dsRNA具有抑制过氧化氢酶和巯基氧化酶这两种基因表达的作用。实验表明，后两组按蚊体内的过氧化氢酶和巯基氧化酶含量减少，3组按蚊死亡率依次为14、34、23。基因沉默技术是一种潜在新型蚊虫控制方法。目前，用于蚊虫的RNA干扰技术有两种途径：一种是直接注入双链RNA(dsRNA)；另一种是外源基因整合到基因组，稳定表达短发夹状RNA(shRNA)。目前，虽然RNAi信号细胞间转导的机制、转录抑制和翻译抑制的机制等都还不十分清楚，然而RNAi显示的卓越性相信会给蚊媒控制的研究带来更为广阔的发展空间。24转基因技术的应用转基因技术应用于种群替代，用无媒介能量的群体取代高媒介能量的群体。2007年Jasinskiene等在蚊子基因组中导人单链抗体(scFvs)基因使其产生有抗体的基因蚊；相对于野外蚊子而言，这种转基因蚊携带了一种不利于其寄生虫健康发育的基因。与对照组相比，这种有抗体的转基因蚊的子孢子感染率减少62一96。实验表明，在种群替代控制疟疾传播的策略中，这种拥有无子孢子表型的转基因蚊有望发挥重要作用。此外，利用转基因技术产生不育雄蚊，可减少媒介种群，改变雌雄比例的方法已应用于包括白端按蚊(Anopheles albimanus)、斯氏按蚊(Anopheles stephensi)、阿拉伯按蚊(Anopheles arabiensis)、冈比亚按蚊(Anopheles gambiae)和埃及伊蚊(Anopheles aegypti)在内的多种蚊虫。雄蚊的选择在任何大规模蚊媒控制策略中都是一个巨大的挑战，需要建立一个有效系统。目前，最常使用的选择性标记是增强型绿色荧光蛋白(EGFP)和红色荧光蛋白(DsRed)，它通常由组织特异启动子，如眼特异启动子3xP3驱动。经转化在荧光显微镜下观察特异区域的特异荧光，阳性转基因蚊虫很容易被识别。这是一种把具有只能产生雄性不育蚊的基因和能够驱使绿色荧光蛋白表达的启动子相结合的方法：插入的不育基因片段在子代胚胎期能够产生细胞毒性物质导致子代蚊死亡；驱动绿色荧光蛋白表达的是一种特殊精子启动子，其表达出的增强型荧光蛋白在一种机械光下可鉴别出雄蚊。这种转基因不育蚊不但能改善由化学致不育技术产生的环境污染问题，而且还可弥补辐射致不育技术所产生雄蚊竞争力低的缺陷。23化学制剂的应用 应用化学制剂使蚊虫不育，如3-甲基吲哚、某些酚类等可改变蚊卵特性但是由于化学制剂致不育技术无目标针对性，产生的环境污染影响人类健康等因素，已逐步被取代。3 问题与展望 遗传控制方法对媒介按蚊具有一定的控制作用，但仍然面临许多问题：(1)不合理野外释放可能引发生物大战，必须应用实验种群及有控制地释放分子示踪的个体。(2)研究出功能和竞争力强的蚊虫需要一定的时间。(3)遗传控制蚊仍处于从实验室到现场的开发阶段,它在消除某种媒介的同时所留下的生态空间也将很快被另外的疟疾传播媒介填充。因此，通过用携带抗病基因的转基因蚊取代或替代野生种群达到抑制或消除某一蚊种群的方法将更为适当。但是，这种研究方法需要释放大量昆虫，由此可能引起公害和成为第二种疾病的潜在性媒介。因此，广泛释放遗传修饰蚊，最好的办法是释放不吸血和不育的雄蚊m圳。随着分子生物学的发展，特别是转基因技术的不断完善，通过遗传操纵蚊种群控制疟疾的策略前途光明。参考文献(References)1廖园美,许建卫,LIAO Yuan-mei,XU Jian-wei.传疟媒介遗传控制研究进展（J）。国际医学寄生虫病杂志,2011,38(4):230-233.2丁雪冰， 陈晓光， DING Xue-Bing， CHEN Xiao-Guang.外源基因在转基因蚊虫中表达的研究进展（J）。寄生虫与医学昆虫学报,2008,15(2):108-114.3郑学礼,陈晓光,王春梅.转基因蚊研究进展（J）。中国寄生虫病防治杂志,2005,18(4):307-310.4Akinkurolere Rotimi Oluwafemi ZHANG Hongyu.Symbiosis in mosquitoes and its role in vector control（J）。2007,34(1):1-6.5胡莺， 朱昌亮。用遗传操纵防治蚊媒的研究进展（J）。中国寄生虫病防治杂志，2003,16(4)：250-252.6 林凌伟， 董国堃， 汪恩国。水稻黑条矮缩病传毒昆虫的防治实践与研究（J）。昆虫知识，2001,38(6)：426-428.7Allen ML;OBrochta