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【岚翰生命科学】PloS Genet︱陈晓光团队将蚊变性为“太监”,使其“断子绝孙”可期

时间:2022-07-05 18:56:59  来源:岚翰生命科学   编辑:张淼  作者:  点击:

白纹伊蚊(亚洲虎纹)是世界上最具入侵性和侵袭性的物种[1],是多种重要虫媒病毒包括登革病毒(DENV)、寨卡病毒(ZIKV)、基孔肯雅病毒(CHIKV)的传播媒介。防控蚊媒传染病最行之有效的方法是控制传染源和减少传播媒介。由于雌蚊需要吸血才能使卵巢发育进而产下后代,而在吸血过程中会从病人血液中感染病原体或将其体内携带的病原体传播给人,但雄蚊只吸食植物汁液并不叮咬吸血[2]。陈晓光团队之前的研究中,已首次鉴定出白纹伊蚊雄性性别决定基因是AalNix基因,将该基因敲除后雄性成蚊出现雌性化的表型[3],AalNix基因是否为白纹伊蚊雄性性别决定的起始因子以及能否足以逆转白纹伊蚊性别尚有待研究。

2022年7月6日,vns59859威尼斯城官网热带医学研究所陈晓光教授团队在国际学术期刊PloS Genetics上在线发表了题为“The AalNix3&4 isoform is required and sufficient to convert Aedes albopictus females into males”的研究。该研究通过在雌性白纹伊蚊中过表达雄性决定基因AalNix3&4,将可能吸血传病的雌蚊扭转性别为不吸血传病的“雄蚊”,这为通过遗传技术控制蚊媒种群及其传染病提供了理论和实践基础。

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作者首先成功克隆了白纹伊蚊AalNix基因的启动子,并在C6/36细胞中验证了其可以启动下游基因(图1)。由于白纹伊蚊AalNix基因具有多个转录本[3],其中AalNix3 AalNix4具有相同的编码序列,因此作者分别构建了AalNix基因每一个转录本的过表达载体,分别是AalNix1、AalNix2AalNix3&4,并在接下来的实验中使用piggybac的方法[4]构建了异位表达AalNix不同转录本的转基因品系。

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图1 白纹伊蚊AalNix表达载体基因结构

(图源:Yijie Zhao, et al., Plos Genetics, 2022)

通过显微注射方法[5]将包含不同AalNix转录本的转座元件和辅助质粒注射到早期胚胎中,在G1代蚊虫中筛选转基因品系,其中在AalNix1AalNix2两个转录本注射实验组中未能筛选到性别表型改变的后代,而只在AalNix3&4实验组中筛选出介于雌雄之间的intersex表型蚊虫和具有性别逆转表型的转基因蚊虫,并从中分离出一株可育的性别逆转蚊品系AalNix3&4-♂4-pseudo male,这种pseudo male是由于外源性AalNix3&4基因插入到雌蚊基因组并表达所导致的表型雄性,其与野生型雌性交配产下的后代中红色荧光蚊均为“基因型雌性表型雄性”的性别逆转雄蚊,无荧光蚊皆为正常雌蚊(图2)。因此,作者推论在白纹伊蚊性别决定通路中,AalNix1AalNix2主要发挥辅助作用,而AalNix3&4在性别决定通路中发挥关键性的作用。

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图2 AalNix3&4转录本足以将雌蚊转化为有生育能力的正常雄蚊。

(图源:Yijie Zhao, et al., Plos Genetics, 2022)

同时,AalNix作为性别决定上游的关键基因,控制着下游效应基因AalbdsxAalfru的性别特异性剪接[3,6]。为了评估异位表达AalNix插入对下游效应基因的影响,作者使用跨性别特异性区域的引物对AalbdsxAalfru性别特异性拼接进行检测。在AalNix1AalNix2转基因品系中,转基因的过表达未影响下游AalbdsxAalfru性别特异性拼接改变。AalNix3&4转基因品系中,intersex表型的蚊虫AalbdsxFAalbdsxM表达水平均介于雌性和雄性之间,而性别逆转蚊则呈现出与野生型雄性一致的表达水平(图3)。

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图3 qPCR检测AalNix转基因成蚊中AalNix基因及下游保守基因AalbdsxAalfru的表达水平。

(图源:Yijie Zhao, et al., Plos Genetics, 2022)

文章结论与讨论,启发与展望:

综上所述,Nix是两种最重要的病毒媒介蚊虫埃及伊蚊和白纹伊蚊中保守的雄性性别决定因子。AaeNix只有一个转录本,虽然可以将埃及伊蚊雌蚊逆转为雄蚊,但是由于缺少M-locus中与埃及伊蚊雄蚊飞行相关的myosex基因导致逆转埃及伊蚊雄蚊不能飞行。而白纹伊蚊AalNix基因具有多个不同的转录本,在本研究中作者阐明AalNix3&4转录本足以将白纹伊蚊雌蚊逆转为正常可育的雄蚊且具有正常的飞行和交配能力,这为利用基因驱动等遗传技术控制蚊媒种群提供了理论和实践的基础。目前,陈晓光团队正在构建具有基因驱动能力的白纹伊蚊AalNix3&4异位表达品系,预期该品系在野外的扩散增殖会迅速将后代雌蚊改变为“太监”式雄蚊,从而使白纹伊蚊种群“断子绝孙”。

原文链接:https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1010280

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共同第一作者赵宜洁(一排左四)、金彬彬(第二排右三)、刘培文(第二排左七)通讯作者陈晓光(第一排左六)

(照片提供自:vns59859威尼斯城官网热带医学研究所)

通讯作者简介:

陈晓光教授,vns59859威尼斯城官网热带医学研究所所长、二级教授、博士生导师;“新世纪百千万人才工程”国家级人选、国务院特殊津贴专家、南粤优秀教师、广东省特聘教授珠江学者、广东省高校教学名师、广东省医学领军人才、广东省应急管理专家、广东省丁颖科技奖获得者;中国动物学会寄生虫学专业委员会副理事长、中国动物学会原生动物学分会副理事长、中华医学会热带病与寄生虫学分会常委兼虫媒病学组组长、中华预防医学会媒介生物学及控制分会常委、中国昆虫学会医学昆虫专委会和昆虫基因组学专委会理事、国家级精品课程和双语示范课程《医学寄生虫学》主持人、广东省有害生物防制协会会长、广东省新发传染病防治重点实验室主任等。

主要从事媒介蚊虫及其传染病的防治研究。主持研究国内外重要课题10余项,包括美国NIH R01课题2项、国家重点研发项目1项(首席科学家)、国家自然科学基金重点类项目4项、国家重大科技攻关项目1项、广东省重大生物科技专项1项、广东省自然科学基金创新研究团队项目等。以第一完成人获得广东省科技进步一等奖1项、二等奖2项、军队科技进步二等奖1项、中华医学会科技进步三等奖1项、南粤科技创新优秀论文一等奖1项;获发明专利授权7件、实用新型专利权5件;发表学术论文200多篇,其中SCI收录100多篇,包括Science, PNAS, Cell Host & Microbe, Lancet Infectious Disease,Genome Biology,Emerging Infectious Disease等。

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