摘要埃及伊蚊分布广泛,是许多虫媒病毒疾病的重要流行病学媒介,包括登革热、基孔肯雅热、寨卡病毒病和黄热病等。大多数埃及伊蚊传播的病毒缺乏安全有效的疫苗接种,因此控制措施主要集中在降低病毒媒介丰度,包括减少传染源和使用杀虫剂或杀幼虫剂等化学方法。但是合成化学杀虫剂的广泛使用造成了蚊虫对杀虫剂抗药性的出现、环境恶化以及对非目标生物的负面影响。因此,对廉价、环保和更可持续的蚊虫控制方法的需求不断增加,这些方法可以解决杀虫剂耐药性问题并减轻疾病负担。昆虫病原真菌(Entomopathogenicfungi,EPF)被认为是针对抗药性和易感蚊虫种群的潜在生物防治方法之一,但存在致死时间长、毒力较低以及需要克服来自昆虫个体和群体应对入侵病原体行为上和生理上的防御,这些挑战是EPF成为合成化学杀虫剂替代品的重大障碍。自我梳理行为是一种卫生行为,之前在未接触真菌的蚊虫中进行过研究。飞行活动是另一个重要的行为特征,这对于蚊虫躲避捕食者及其吸血、交配和繁殖活动至关重要,这些行为有助于蚊虫的生存。基于此,本课题首先评估了昆虫病原真菌侵染对蚊虫不同行为(自我梳理和飞行活动)、生理和存活的影响;其次研究了沉默Toll和IMD通路相关免疫基因对蚊虫不同行为、生理和生存的影响;最后研制了基于昆虫病原真菌的银纳米颗粒,并评估了该种银纳米颗粒对蚊虫生存、行为和生理的影响。<br> 1.雌性埃及伊蚊对昆虫病原真菌侵染的行为应答<br> 由于虫媒病毒疾病病例迅速增加和快速增长的杀虫剂耐药性问题使得寻找替代的病媒控制方法的需求不断增加。最近的研究表明EPF在控制蚊媒方面的潜力,但蚊虫遭遇EPF侵染后的行为反应仍不清楚。本章对昆虫病原真菌——绿僵菌侵染后诱导的雌性埃及伊蚊的行为应答进行了评估。研究结果表明,暴露于中浓度真菌分生孢子后,雌性蚊虫的存活率显著降低(P<0.001)。在暴露于中等或高浓度真菌分生孢子的蚊虫中观察到自我梳理行为频率和持续时间的显著增加(P<0.05),而且雌性埃及伊蚊能够区分活性和非活性真菌分生孢子。在使用绿僵菌处理后,发现雌性蚊虫的飞行活动频率显著下降(P<0.05),表现出对真菌孢子浓度的剂量效应。雌性埃及伊蚊在受绿僵菌感染72h后表现出更高的抗真菌活性(P<0.05)。这些发现使人们对于蚊虫抵抗病原真菌感染的行为反应有了更深的理解,同时说明蚊虫在自然条件下可以通过自我梳理行为清除部分的病原真菌分生孢子。<br> 2.沉默Toll和IMD通路相关免疫基因及感染绿僵菌对雌性埃及伊蚊适合度和存活率的影响<br> 昆虫病原真菌EPF是一种具有应用前景的蚊虫生物防治剂。前人研究已经证明它们具有降低蚊虫的繁殖力、叮咬人类行为和媒介传播水平的潜力,所有这些能力共同决定了蚊虫的疾病传播能力。目前,传统的虫媒病控制策略已经不足以应对日益严重的杀虫剂抗药性和环境恶化问题。因此,开发环境友好型的虫媒病控制策略显得十分紧迫,为了实现这一目标,必须要更好地了解蚊虫对病原真菌侵染的行为应答和生理防御的机制。本章分析了干扰Toll和IMD通路相关免疫基因表达及感染绿僵菌后雌性埃及伊蚊的行为表型、生理参数和存活率的变化。结果表明,CLSP2、TEP22、Rel1和Re12基因表达量在感染绿僵菌后多个时间段均显著上调(P<0.05),这表明绿僵菌成功侵染了蚊虫并激活了蚊虫的Toll和IMD通路。研究发现,RNA干扰降低了Rel1和Rel2基因(分别是Toll和IMD通路的转录因子)的表达量并显著降低了感染绿僵菌的雌性埃及伊蚊的存活率、自我梳理行为频率和持续时间及其飞行活动的频率(P<0.05)。此外,沉默Rel1和Rel2基因显著降低了感染绿僵菌的雌性埃及伊蚊的抗真菌活性(P<0.05)和抗菌肽相关基因的表达量(P<0.05)。由此可见,在沉默Rel1和Rel2基因后感染绿僵菌的雌性埃及伊蚊的适合度和存活率均出现下降。上述研究结果有助于更好理解蚊虫在感染病原真菌后在行为、生理和免疫上的反应,这也有利于开发有效控制蚊虫的新型生物防治方法。<br> 3.绿僵菌银纳米颗粒对雌性埃及伊蚊行为、生理和存活率的影响<br> 尽管昆虫致病真菌EPF已经显示出作为合成杀虫剂环境友好型替代品的潜力,但是由于EPF杀虫时间慢、仅在较高剂量时才有效等局限性,以及EPF还存在暴露于紫外线辐射、高温和潮湿下会降低其活性和保质期的问题,使得EPF在控制害虫方面仍然有很大空间需要改进。本章的研究重点是合成绿僵菌银纳米颗粒,并评估其对雌性埃及伊蚊不同行为和生理指标的影响。本文首先利用DLS、SEM、TEM和UV-VIS等成像技术观测到了绿僵菌银纳米颗粒的成功合成、大小和形态(直径=27.6nm,PDI=0.209,zetapotential=-24.3mV,吸光度=432nm)。研究发现,绿僵菌银纳米颗粒处理雌性埃及伊蚊后其存活率(P<0.05)和酚氧化酶活性显著下降(P<0.05)。通过评估16srRNA,Mesh,Duox1和Duox2的基因表达水平以及H2O2、SOD、过氧化氢酶和过氧化物酶的酶活性和细胞凋亡情况,发现绿僵菌银纳米颗粒处理后雌性埃及伊蚊的肠道微生物群显著减少、氧化应激和细胞凋亡水平显著增加(P<0.05)。此外,绿僵菌银纳米颗粒处理会导致雌性埃及伊蚊飞行活动频率出现剂量依赖性下降(P<0.0001),但不会显著影响其抗真菌活性和自我梳理行为频率和持续时间。上述研究结果有助于人们更好理解蚊虫对绿僵菌银纳米颗粒诱导的蚊虫的生理和行为反应,并为使用EPF控制蚊虫提供了一种更有效的防治方法。<br> 综上所述,本研究阐释了雌性埃及伊蚊感染绿僵菌后自我梳理行为和生理免疫的改变,证实了Rel1和Rel2两个免疫基因在雌性埃及伊蚊抵御绿僵菌侵染的行为和生理免疫调控中发挥重要作用,也发现了绿僵菌银纳米颗粒在抑制雌性埃及伊蚊行为和生理免疫水平以及存活率方面具有很高的效率。上述研究结果有助于我们更深入理解蚊虫抵御病原真菌侵染的免疫机制,也有利于开发新的蚊虫生物防治技术。
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