点击上方“ 蚊虫是多种疾病的传播媒介，有些蚊传病毒病或寄生虫病对人类是高度致命的。蚊虫善于适应新环境得益于其强大的嗅觉系统，该系统可以帮助蚊虫探测并响应环境中存在的各种特异性化学气味分子，并依此觅食、求偶、躲避天敌等。
卵孵化后，蚊幼虫须在水中搜寻并摄取足够的食物才能快速发育到蛹期，嗅觉系统不仅能帮助其在体积有限的水体中探测食物来源，还能帮助蚊幼虫躲避天敌的捕食［1-2］。羽化后的成蚊以花蜜或植物汁液为食，雌雄蚊均须快速摄入植物汁液以补充糖分。如果缺乏糖分，埃及伊蚊（Aedesaegypti）雄蚊羽化后存活不超过4d［3］。蚊虫依靠嗅觉、味觉、视觉等来探测和区分植物，不同蚊种对植物的选择具有一定的偏好性，嗅觉系统发挥主要作用［4］。年，研究者通过田间的蚊虫被具有独特气味的浅色花朵所吸引的现象，发现了植物挥发物具有诱引蚊虫的潜力。叙利亚马利筋（Asclepiassyriaca）对埃及伊蚊［5］，滨菊（Leucanthemumvulgare）、欧蓍草（Achilleamillefolium）、叙利亚马利筋（Asclepiassyriaca）、加拿大一枝黄（Solidagocanadensis）对尖音库蚊(Culexpipienspipiens)［6-7］，银胶菊（Partheniumhysterophorus）、蓖麻（Ricinus 雄、雌蚊均可利用气味来寻找交配对象，雌蚊利用嗅觉寻找吸血宿主，雄蚊通过宿主气味搜寻其附近的雌蚊来完成交配，这种现象在人诱法和诱捕器捕蚊时经常被观察到［11-12］。宿主的挥发性气味也具有聚集蚊虫和促进其交配的作用［13］。白纹伊蚊（Ae.albopictus）常会在人类宿主的脚踝附近形成小规模（3~40头）的群舞聚集，该现象在埃及伊蚊野外种群中也能观察到［14］。Cabrera等［15］发现，成群的雄性埃及伊蚊释放的挥发性信息素可刺激远距离的雌蚊的飞行活动，反之亦然。美国海军医学研究小组分离出3种埃及伊蚊特异性聚集信息素：4-氧代异佛尔酮（CAS＃-21-9）及其饱和类似物（CAS＃-99-3）、对乙基苯乙酮（CAS#-30-4），能在实验室条件下刺激雌蚊产生趋向性飞行［16］。以上研究为研发蚊虫实用、特异的化学引诱剂奠定了基础。
1.2 嗅觉发生机制
在近20年中，对蚊虫嗅觉研究的重点在于鉴定嗅觉受体（olfactoryreceptor，OR）基因家族成员，鉴定每个受体探测的挥发性化学气味谱。在此基础上，我们可以探究不同受体在蚊虫探测环境挥发性化学物质过程中发挥的作用，并将其与气味驱动的行为联系起来。
触角是蚊虫的主要嗅觉器官，可以灵敏探测并区分空气传播的化学信号，这种探测主要依赖遍布触角上的感受器来实现。感受器是一种由表皮特化而形成的薄壁结构，内部有一个或多个感受神经元［17］。研究表明，蚊虫绝大部分嗅觉驱动的行为，例如搜寻宿主、产卵地和花蜜源定位等，都是通过不同类型的感受器实现的。扫描电镜观察发现，蚊虫触角上主要有4种类型的纤毛感受器：毛形感受器、刺形感受器、腔锥形感受器和锥形感受器［18］。各种类型感受器的确切功能尚待进一步研究。此外，其他感受器也存在于蚊虫的不同部位，包括下颚须、喙、跗节、翅缘、生殖器等［19］，意味着气味探测不仅通过嗅觉器官完成，还与其他器官甚至和味觉、离子型受体通路存在关联。
蚊虫嗅觉相关的受体主要有2类：OR和离子型受体（ionotropicreceptor，IR）。OR是一类七次跨膜离子通道受体，IR是与突触密切相关的三次跨膜蛋白离子型谷氨酸受体［20-21］。大多数嗅觉感觉神经元表达两种不同的OR或IR：一种为能特异性识别一组配体或挥发性化学物质的高度分化气味受体；另一种为高度保守的共受体，这些共受体通常不直接识别配体或者气味分子，但通过与传统受体形成异聚复合体来介导感受器纤毛中的气味识别和信号传导过程。在经典的嗅觉传导过程中，气味分子通过嗅器角质层的孔道进入亲水性的淋巴液，气味结合蛋白（odorant-bindingprotein，OBP）将其通过水性淋巴转运至OR［22］。蚊虫的OR与共受体组成异源二聚体并在OR神经元的树突膜上形成配体门控离子通道，该通道可以特异性结合一种或广泛结合几种类型的气味分子［23］。当气味分子与OR结合时，离子通道打开，使OR神经元去极化并传播动作电位［24］。蚊虫感受神经元中表达的受体类型决定了神经元的灵敏性和特异性。大量不同化学感受器受体家族存在的原因是为了提供尽可能多的不同化学物质的区别系统。每种受体不会仅检测单一的化学物，每个单独的受体也会被多种类似的气味分子激活［25］。OR家族内的多样性允许OR能识别非特定气味分子，包括从未接触过的气味分子。
1.3 相关研究进展
随着测序技术和生物信息学的发展，包括OR在内的蚊虫庞大的化学受体家族得以解析［26-27］。大量转录组数据有助于确定受体在蚊虫不同部位的表达情况［19］，为受体基因克隆和功能研究奠定基础。由于OR家族的组合和排列的数量非常大，使其能够检测和区分数量庞大的气味分子，但这也对OR的功能研究造成阻碍。如果单独对某个基因进行沉默或敲除，该受体功能的缺失容易被其他受体的代偿作用所掩盖，因此OR的一种研究方法是“化整为零”：通过异源表达系统［28-29］将单个或多个蚊虫OR表达在人胚胎肾细胞（HEK）或蟾蜍卵母细胞的细胞膜上，利用膜片钳或钙离子成像技术观察在气味分子刺激下，受体在细胞膜上形成的门控离子通道的开关情况，筛选出能够引起细胞电流变化的配体化合物，获得某个OR气味反应特征和识别范围、对应的激动剂/抑制剂等［30］。通过不同受体的气味谱作进一步的行为分析，揭示某个OR在蚊虫嗅觉相关行为中的调控作用。基于细胞的高通量表达系统可用于筛选大型化学文库并快速鉴定候选化合物。
基因编辑技术也越来越多地在OR研究中应用。在埃及伊蚊中，通过锌指核酸酶突变共受体后，其对宿主偏好性产生了改变，对驱蚊剂避蚊胺（N,N-diethyl-3-methylbenzoylamide，DEET）敏感性有所减弱，说明协同受体基因在嗅觉发生中发挥着重要作用［31］。研究者利用第三代基因编辑技术CRISPR/Cas9敲除Ir8a基因后，埃及伊蚊不再对人体汗液中的乳酸产生反应，揭示了Ir8a是蚊虫探测人类气味中的酸性挥发物（包括乳酸）必不可少的受体［32］。
1.4 嗅觉的应用研究
嗅觉介导的交配、吸血、产卵等一系列行为对嗜血蚊虫的生存和繁衍起着重要作用。基于行为学、分子生物学、神经生理学等对蚊虫嗅觉系统和受体功能的研究成果，使开发蚊虫特异性引诱剂/驱避剂，或针对蚊虫生活史不同阶段的嗅觉特点开发防控手段成为可能，为人类防治蚊媒传染病提供理论和技术指导［42］。
以引诱剂为例，针对蚊幼虫摄食偏好，可以将诱食剂和苏云金芽孢杆菌（Bacillusthuringiensis）等胃毒性杀虫剂结合，增加蚊幼虫摄食来达到加强杀灭的效果［43］。雄雌成蚊都需要糖分且都有植物偏好性，植物化学物质可以作为引诱剂同时吸引雌雄蚊虫，或作为通用添加剂加入诱捕器中，有助于进行蚊媒监测和蚊虫种群抑制［44］。目前常用方法是在成蚊诱捕器中加入一种或多种人体气味分子的混合物来吸引雌蚊。基于人体气味对蚊虫嗅觉的吸引作用原理开发的BG-Lure和Mix-5等引诱剂，大大提高了捕蚊装置对按蚊、伊蚊、库蚊雌蚊的捕获效率，可有效遏制蚊媒疾病的传播［45-46］。针对蚊虫繁殖的特点，可以引诱雌蚊到特定容器产卵，结合杀幼剂可以在幼虫阶段处理大量幼虫，有效减少蚊虫密度，这也是应用研究的一个重要方向［47］。
由于蚊虫强大的生存适应力和繁殖力，目前的防控措施不可能在短时间内完全消灭蚊虫。如何保护宿主并避免蚊虫的叮咬是阻断蚊媒传染病传播的关键。目前研究人员已经筛选出多种驱避剂，如DEET、埃卡瑞丁、驱蚊酯（IR）等。但在长期应用后，目前已发现在蚊虫种群中存在一定DEET抗性并可遗传［48］，开发新型驱避剂迫在眉睫。大部分驱避剂的作用机制及其靶标位点仍不清楚，需要进一步研究。
常见媒介蚊虫嗅觉通路相关研究总结见表1。
2 蚊虫的性别决定
2.1 蚊虫的性别决定机制
昆虫纲物种的性别决定机制不保守，性别决定的顶端信号在快速演化，其性别决定通路的部分细节仍有待研究［49-50］。
与蚊虫同属于双翅目的模式生物黑腹果蝇（Drosophilamelanogaster）的性别决定基因是sexlethal（sxl），该基因下游调控transformer（tra）基因的表达。蚊虫性别决定因子间及其与黑腹果蝇sxl基因间少有同源，蚊科物种丢失了在其他昆虫纲物种中保守的tra基因，表明蚊虫的性别决定系统的分子机制在快速演化。
常见的主要蚊虫物种的性别决定系统总结见表2。
2.2 蚊虫的异态性染色体和同态性染色体
按蚊属物种具有异态的性染色体（XX/XY性别决定系统），雄性具有XY染色体，雌性具有XX染色体。伊蚊属和库蚊属具有同态的性染色体（mm/Mm性别决定系统），即雄性与雌性的性染色体（1号染色体）具有相同形态，雄性的其中一条性染色体有一段特有的区域——雄性决定区域（M-locus），该区域包含有决定雄性发育的起始信号，另一条性染色体的对应区域为m-locus；雌性的两条性染色体仅包含m-locus［62］。
M-locus是非重组区域［63］。细胞核型表明，两条同态的性染色体中M-locus和m-locus可以明显被区分，但其他区域近乎相同［64］。在埃及伊蚊和尖音库蚊（多个物种的复合群）中，M-locus和同一个分子标记连接，说明二者起源于同一物种，彼时可能已有同态的性染色体［65-66］。系统进化研究表明，同态的性染色体和异态的性染色体在约两亿年前分化［26,67-68］，理论上认为前者会最终会演化为后者，具有非重组特性的M-locus是Y染色体的原型（proto-Y）［69］。
2.3 蚊虫的雄性决定因子
不同蚊种的性别决定通路的顶端起始信号各不相同。埃及伊蚊M-locus性别决定通路的起始信号Nix基因是昆虫中第1个被发现并验证的雄性决定因子［55-56］。NIX蛋白预测具有RNA结合位点，表达于母体效应到合子发育的转换开始阶段，早于性别的决定。通过CRISPR/Cas9技术敲除Nix基因后，雄性个体出现了雌性化的外生殖器和触角；当异位表达Nix基因后，基因型为雌性的个体具有雄性的交合刺和精巢。因此，埃及伊蚊Nix基因是雄性决定和发育的充分必要条件。
在斯氏按蚊（Anophelesstephensi）的Y染色体上发现4个编码基因，其中Guy1基因可能为雄性决定因子［70-71］。Guy1基因同样表达于母体效应到合子发育转换的开始阶段，是目前已知在斯氏按蚊中最早表达的Y染色体基因。Guy1基因的表达不依赖于其他因子，表明此基因极有可能是一个雄性决定因子［53］。雌性的Guy1转基因蚊虫会出现特异性的死亡，这是因为Guy1错误地启动了雌性蚊虫的剂量补偿效应，导致X染色体基因表达量异常升高［54］。在冈比亚按蚊（Anophelesgambiae）的Y染色体上仅被发现1个编码基因gYG2，该基因是一个雄性决定因子的候选基因［70］。Guy1和gYG2基因的核酸序列并不同源，但二者均编码一段56个氨基酸残基组成的蛋白质［53］。
2.4 蚊虫性别决定通路的其他环节
双翅目中的蚊虫物种和果蝇的性别决定通路除了顶端起始信号各不相同外，性别决定通路的其他环节也有所差异。黑腹果蝇的性别决定通路的中间环节是SXL蛋白调控TRA蛋白的表达，TRA和TRA2蛋白复合体调控最下游的“开关”doublesex（dsx）和fruitless（fru）基因的可变剪切［72］。目前尚未有研究报道蚊虫中存在tra基因，也尚未发现具有类似功能的基因或蛋白［73］。因此，蚊虫性别决定通路的中间环节尚为空白，具体机制有待进一步研究。
蚊虫性别决定通路的最下游环节比较保守，与黑腹果蝇类似，dsx和fru基因的性别特异性可变剪切分别启动和调控下游一系列基因的表达，使个体表现出雌性或雄性的表型［74-75］。
2.5 蚊虫性别决定机制的应用
利用蚊虫性别决定机制的相关研究成果——昆虫不育技术［76］和新型基因驱动［77］系统开发的防蚊灭蚊技术，与传统的化学杀虫剂相比，对生态环境更加友好，靶向的蚊虫更加精准，蚊虫也不易产生抗性［78］。
目前，昆虫不育技术的有效性已经得到了大规模的野外现场实验的验证［79-80］。利用不同株系的沃尔巴克氏菌（Wolbachia）感染白纹伊蚊雄性蚊虫，在野生型种群中释放，使其与野生型雌蚊交配，因为存在胞质不相容的现象，会产生不育的后代，达到控制蚊虫种群数量的目的［76］。这一技术的关键在于人工释放的感染蚊必须全部为雄性蚊虫，即使释放了少量感染的雌性蚊虫，转基因雄蚊就会和转基因雌蚊交配，产生适应野外环境的新种群，达不到人工控制蚊虫种群数量的效果。白纹伊蚊性别决定机制相关的研究成果可以为筛选特定性别的蚊虫提供技术支持和理论基础。
新型基因驱动系统也得到广泛应用［78］。利用基因编辑技术使冈比亚按蚊表达Cas9蛋白和靶向dsx基因的向导RNA，使其雌性后代同时出现雌雄两性的性征而不育，但不影响雄性后代的生殖力，从而达到控制种群数量的目的。这种遗传改变在实验室条件下能稳定遗传［81］，为防蚊灭蚊提供了新的思路，展现了广阔的应用前景。
3 结 语
本文总结了媒介蚊虫两个最重要生理行为——嗅觉发生和性别决定的基本概念、发生机制、研究进展和应用前景，为控制蚊虫种群密度、防治蚊媒传染病等相关领域的基础和应用研究提供参考。
参考文献略。
引文链接：刘通,吴恙,刘培文,杨文强,金彬彬,顾金保,陈晓光.媒介蚊虫的嗅觉发生和性别决定[J].中国寄生虫学与寄生虫病杂志,,39(1):1-7.
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