埃及伊蚊（Aedes aegypti）是傳播登革熱、寨卡病毒、黃熱病等多種人類病毒性疾病重要媒介，對人類健康產(chǎn)生了嚴重威脅，因此實現(xiàn)蚊蟲的有效防控對于維護全球公共衛(wèi)生安全具有重大意義。此前研究發(fā)現(xiàn)，雌性埃及伊蚊需要吸食人類或其他脊椎動物的血液以滿足自身營養(yǎng)代謝需求，進行繁殖。闡明營養(yǎng)和代謝影響雌蚊繁殖的分子機制對于實現(xiàn)蚊蟲種群控制至關(guān)重要。

近日，東南大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院凌琳教授與加州大學(xué)河濱分校昆蟲系Alexander S. Raikhel教授在《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）共同在線發(fā)表了題為《Amino acid–dependent regulation of insulin-like peptide signaling is mediated by TOR and GATA factors in the disease vector mosquito Aedes aegypti》的研究論文。本研究首次揭示了氨基酸和血液中的營養(yǎng)物質(zhì)通過AA/TOR信號通路調(diào)節(jié)胰島素樣肽（ILP）的活動，在調(diào)控雌蚊的代謝需求和繁殖過程中起重要作用。

傳播疾病的雌性埃及伊蚊經(jīng)歷了雙相進食模式，從碳水化合物（花蜜）轉(zhuǎn)向蛋白質(zhì)（脊椎動物的血液），以確保生存、繁殖和病原體傳播。血液中的氨基酸除用于蛋白質(zhì)合成、能量消耗，也可作為細胞信號傳導(dǎo)的調(diào)節(jié)因子，以協(xié)調(diào)代謝。昆蟲胰島素樣肽（ILPs），屬于胰島素超家族，埃及伊蚊中8個不同的胰島素樣肽ILPs基因（ilps 1-8）在其生殖調(diào)控機制同樣發(fā)揮重要作用。然而，在蚊子生殖過程中，胰島素信號如何與氨基酸信號協(xié)調(diào)其作用的機制仍然大部分未知。本研究發(fā)現(xiàn)雌性埃及伊蚊中AA-TOR信號通路能夠差異性調(diào)控8個ILPs基因的表達，通過外源氨基酸（AA）輸注，發(fā)現(xiàn)低水平AA條件下，ilps 4、6和7顯著下調(diào)表達，高水平AA下ilps 1、2、3、5和8顯著上調(diào)表達。進一步通過TOR RNAi證明ILPs差異表達受到TOR信號通路的調(diào)控。這表明TOR介導(dǎo)了氨基酸信號傳導(dǎo)。

此前研究表明，GATA轉(zhuǎn)錄因子家族為TOR通路下游信號，GATAr和GATAa為埃及伊蚊中兩個GATA成員。本研究通過異構(gòu)體特異性CRISPR-Cas9 基因組編輯和染色質(zhì)免疫沉淀測定的實驗發(fā)現(xiàn)，GATAr特異性結(jié)合并負調(diào)控ilps 4、6和7，而GATAa特異性結(jié)合并正調(diào)控ilps 1、2、3、5和8。另外，GATAr和GATAa均影響埃及伊蚊卵子發(fā)育和脂質(zhì)-糖類穩(wěn)態(tài)，其中GATAr敲除導(dǎo)致卵巢泡變小、脂類積累減少和糖原水平升高，GATAa敲除情況則與之相反。因此，TOR-GATA信號通路通過調(diào)控蚊子中的ILPs調(diào)節(jié)適應(yīng)性生理反應(yīng)以應(yīng)對營養(yǎng)代謝動態(tài)變化。

此外，胰島素信號通路下游的轉(zhuǎn)錄因子FoxO在細胞內(nèi)定位受GATAr和GATAa調(diào)控，其活性亦受影響。同時，FoxO通過抑制GATAr與ilps 4、6和7的啟動子結(jié)合，從而使ilps 4、6和7在卵黃前期（PE）階段表達。

總之，本研究揭示了埃及伊蚊中存在的TOR-GATA開關(guān)機制，這一重要“開關(guān)”可控制依賴氨基酸信號的ILPs基因表達，以調(diào)節(jié)生殖周期中的營養(yǎng)代謝。

東南大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院凌琳教授為該論文的第一作者和共同通訊作者。該研究得到了國家人才工程計劃、中央高?；究蒲薪?jīng)費（4031002205）和 NIH項目（R01AI036959）的資助。