文、图、视频/羊城晚报全媒体记者 陈亮

实习生 刘芳桦

通讯员 陈楠 杨柳青

现实生活中真有人养“小强”还当成宝？在华南师范大学生命科学学院昆虫科学和技术研究所（下称昆虫所），有两个蟑螂饲养房，里边饲养了十几个品种约几十万只蟑螂，供各种研究使用。近日，对这群“小强”的研究取得了新突破。

7月4日，国际权威期刊Nature Ecology & Evolution（《自然-生态与进化》）（影响因子19.1）发表了华师昆虫所李胜教授团队题为“A single gene integrates sex and hormone regulators into sexual attractiveness”（单基因整合性别和激素调控因子来决定性吸引力）的研究论文，鉴定出近30年未知的控制德国小蠊接触性信息素（Contact sex pheromone）合成的最关键基因，并在此基础上揭示蟑螂性别和年龄特异的性吸引力产生的分子机制。

找到最为关键的基因CYP4PC1

据了解，德国小蠊是蜚蠊目最常见的世界性家居害虫，繁殖力惊人，仅一粒卵荚就能孵出30多个小蟑螂，种群数量增长快。与美洲大蠊可以孤雌生殖的策略不同，德国小蠊遵守严格的两性生殖机制，性成熟的雌虫分泌接触性信息素（Contact sex pheromone）刺激雄虫求偶并诱导两性交配（图1左）。20世纪九十年代，其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。此外，为什么德国小蠊中只有雌虫合成性信息素的疑问在过去近30年也一直模糊不清。围绕着这一系列问题，李胜教授团队展开了对“蟑螂谈恋爱”的研究。

团队整合行为学、生物化学、分子、遗传和生物信息学分析手段，利用转录组测序技术的优势，筛选并鉴定出近30年未知的德国小蠊接触性信息素合成途径最为关键的基因CYP4PC1，发现该基因只在雌虫中表达，且在触角和翅膀中高表达，从而否定了以往“接触性信息素在腹部体壁下绛色细胞合成”的观点。

雌虫性吸引力与年龄有关，雄虫体内有“刹车”

雌性德国小蠊在年龄上可分为“少年”和“蜕皮成虫”两个阶段，为什么性成熟的雌虫具有更高的性吸引力？李胜教授团队介绍，保幼激素（Juvenile Hormone，JH）是昆虫生长、发育、变态和生殖等一系列生理生化过程中必不可少的一类激素，类似于促性腺激素，团队通过研究发现，雌虫CYP4PC1的表达受JH信号传导途径促进，从而使其在性成熟后具有更强的性吸引力。

蟑螂雄虫中JH含量相对较低，这可能是雄虫不产生性信息素的原因之一。尽管团队通过补充高剂量的JH发现可以诱导雄虫表达CYP4PC1并合成性信息素，但这种诱导效果十分有限，他们推测存在更重要的因素在雄虫中关闭性信息素合成。

团队进一步研究发现，德国小蠊雄性特异的DsxM蛋白（DMRT类转录因子）可与CYP4PC1启动子结合从而关闭其在雄虫表达，相当于给雄虫合成性信息素装上了“刹车”，所以雄虫不能吸引雄虫。同时，在雄虫中敲降DsxM（仅成虫RNAi）可引起典型的同性恋行为（图1右），该行为可被CYP4PC1敲降挽救。通过这一发现，回答了为什么德国小蠊中仅有雌虫合成性信息素的疑问。

提出动物性吸引力调控的理论模型

李胜教授团队还发现，性别分化和JH信号途径在雌虫中相互影响和放大，使性信息素的合成受到精密的调控。一系列竞争求偶行为实验表明，CYP4PC1以剂量依赖性方式控制性信息素产生并调控雄虫求偶指数。在此基础上，作者提出性吸引力分子调控的理论体系：性别分化基因DsxM在雄虫中扮演刹车（brake）角色，直接抑制CYP4PC1表达；双性基因在雌虫中剪接成DsxF，松开CYP4PC1表达的刹车，JH信号则进一步发挥加速器（accelerator）角色，促进CYP4PC1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（图2）。

值得注意的是，当他们在雄蟑螂中同时改变性别分化和激素信号（移除“刹车”并施加“加速器”），可使雄虫比性成熟雌虫更受雄虫青睐。论文第一作者陈楠博士对此比喻道：“为什么雄蟑螂不会相互吸引？因为他们的‘女人味基因’被关闭；性成熟的雌蟑螂更有魅力，因为她的‘内分泌’水平高。”

在论文审稿之际，三位专家一致认为该工作是昆虫化学生态和繁殖生理学领域重要突破：“作者在非遗传模式的昆虫物种中精确剖析了性别分化和促性腺激素信号在调控性信息素合成中的作用，为理解信息素合成途径的演化研究提供了概念性框架；很显然这项工作已经超越了蟑螂或昆虫的范畴并暗示了动物性二型如何产生的一般性问题。”

李胜表示，该研究将对未来通过蟑螂基因编辑推动防治虫害有一定帮助。据了解，该项研究历时近四年，共13人参与，主要实验由他和硕士研究生刘勇君完成，其他数十人不同程度地参与了实验协助、数据分析、课题讨论和指导、文章修改等事宜，接下来他们仍聚焦在蟑螂行为调控领域继续精耕细作。

据悉，李胜课题组副研究员陈楠和硕士生刘勇君为论文第一作者，李胜教授和西北农林科技大学樊永亮研究员为通讯作者，华南师范大学为论文第一署名和通讯单位。该工作得到国家自然科学基金、岭南现代农业实验室、广东省和深圳市科技项目等项目资助，也得到青岛农业大学、中国农科院深圳基因所、东南大学和美国北卡州立大学多位专家的合作和支持。(更多新闻资讯，请关注羊城派 pai.ycwb.com)

来源 | 羊城晚报·羊城派

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