当前，进入夏季，蟑螂迎来繁殖高峰期，频频潜伏到居民家中，令人头疼不已。蟑螂是蜚蠊目昆虫俗称，被称为打不死的“小强”，以美洲大蠊、德国小蠊和澳洲大蠊等较为常见。

作为一种世界性家居害虫，德国小蠊繁殖力惊人、种群增长快。弄清楚德国小蠊求偶交配的分子奥秘，有助于对其进行科学有效地防治。

李胜教授。

日前，华南师范大学生命科学学院昆虫科学和技术研究所李胜教授团队通过深入研究，鉴定出德国小蠊接触性信息素（Contact sex pheromone）合成途径最为关键的基因，并在此基础上系统揭示性别和年龄特异的性吸引力产生的分子机制，为以干扰德国小蠊求偶交配为目标的防治策略提供了新思路。相关研究成果于近日在国际权威期刊Nature Ecology & Evolution上发表。

 揭开接触性信息素合成的分子“密码”

与美洲大蠊可以孤雌生殖不同，德国小蠊只能进行两性生殖，性成熟的雌虫合成接触性信息素，刺激雄虫求偶并诱导两性交配。尽管早在上世纪90年代，德国小蠊性信息素已得到系统鉴定，但控制该合成途径的关键基因仍不清楚。

为什么仅有雌虫能合成性信息素，而且性成熟以后具有更强的性吸引力？性信息素合成的性别和年龄特异性，受到何种上游信号途径的精密调控？这些饶有兴趣的问题，在过去近30年一直模糊不清。围绕这些问题，李胜教授团队展开了系统研究。

工作人员进行实验。

此前，有观点认为，德国小蠊腹部皮肤下的绛色细胞是接触性信息素合成的主要场所。团队整合行为学、生物化学、分子、遗传和生信分析手段，筛选并鉴定出德国小蠊接触性信息素合成途径最为关键的限速酶基因CYP4PC1，发现该基因在雌成虫触角和翅中高表达，从而否定了以往“接触性信息素在腹部体壁下的绛色细胞合成”的观点。

团队利用RNA干扰（RNA interference，RNAi），让雌虫体内的限速酶基因含量显著降低，结果显示雄虫不再对这些雌虫表现出求偶行为。引入对照组雌虫后，雄虫仍表现出正常的求偶行为。“这些结果表明，限速酶基因对于雌虫接触性信息素合成和性吸引力的维持是必须的，其极可能参与接触性信息素前体物质的羟化反应。”李胜说。

性成熟的雌蟑螂更有“魅力”

团队进一步研究发现，限速酶基因的表达和接触性信息素的含量，受到性别分化基因和保幼激素（Juvenile Hormone，JH）信号影响，从而使雌虫在性成熟后具有更强的性吸引力。

李胜介绍，性别分化基因起到调控性别特征的发育和维持作用，而保幼激素作为昆虫两大内源激素之一，既抑制若虫变态发育，又作为促性腺激素促进成虫生殖。雌虫羽化后,保幼激素浓度和信号随性成熟过程上升。

饲养的蟑螂。

已有研究显示，接触性信息素合成途径中的羟化步骤受保幼激素促进。为进一步证明限速酶基因控制该决定性的羟化步骤，团队随后检测该基因是否受保幼激素信号调控。他们用外源保幼激素处理雌虫，可显著诱导限速酶基因表达；保幼激素信号被抑制时，雌虫性吸引力会削弱。

“限速酶基因的表达受保幼激素信号途径促进，从而维持雌虫性成熟后，具有较高的性信息素含量，刺激雄虫求偶交配。”李胜解释道。

 雄蟑螂的“女人味基因”被关闭

雄虫同样具备高含量的接触性信息素前体化合物，为什么不能合成性信息素？团队研究发现，保幼激素可诱导雄虫实质性表达限速酶基因，并合成接触性信息素，但效果十分有限。“这说明，可能存在更重要的因素，抑制限速酶基因在雄虫中表达。”李胜说。

工作人员清理饲养蟑螂的塑料收纳箱。

研究进一步发现，限速酶基因在雌虫中的特异表达，受到了上游的性别分化信号途径调控。在德国小蠊中，双性基因doublesex(dsx)在雌雄成虫中会分别产生不同的蛋白质dsxF和dsxM。雄性特异的产物dsxM蛋白可与限速酶基因启动子结合，从而抑制其转录。

李胜介绍，这表明在雄成虫中，dsxM蛋白抑制限速酶基因表达，而且雄虫相对缺乏保幼激素，二者共同遏制接触性信息素在雄虫中合成。

饲养的蟑螂。

饲养的蟑螂。

性别分化基因dsxM在雄虫中扮演“刹车”角色，直接抑制限速酶基因表达；而雌虫中的双性基因被可变剪接为dsxF蛋白，可发挥移除“刹车”作用，保幼激素信号进一步在雌虫中发挥“加速器”角色，促进限速酶基因在雌虫性成熟过程中高表达，从而介导性别和年龄特异的性吸引力。

“为什么雄蟑螂不会相互吸引？因为它的‘女人味基因’被关闭；为什么性成熟的雌蟑螂更有魅力，因为它的‘内分泌’水平高。”团队成员生动地比喻道。

【记者】汪祥波

【拍摄】徐昊

【通讯员】陈楠 杨柳青