蚊子是人类寄生疾病最重要的传播载体,每年蚊子传播的疟疾、丝虫病及病毒病在25亿例以上。然而令人感到惊奇的是,只到最近才与对寄生病的控制与治疗的其它方面同样的恐惧和热心一样,提出了蚊子的分子遗传学问题。在为期不远的近几年中,受到约翰及麦克阿瑟基金会、美国国际健康研究所及英国的威尔卡姆信托联合会资助的研究人员才又恢复了对寄生疾病载体的兴趣。载体——寄生物相互作用以及蚊子种群结构的分子学进展将成为控制寄生疾病传播的一种崭新的途径。

麦克阿瑟基金会资助的一个研究小组组织了载体分子生物学家和一些在生物研究上作出过重大贡献(如黑尾果蝇的研究)的科学家们,他们共同工作阐明了蚊子的分子生物学和分子遗传学。

很多研究者正着眼于研究对寄生表现为耐性及抗性的那些蚊子的发育株系。这些株系将被释放用作替代现存种群来控制疾病的传播。这些种群或株系的确定、更好的诊断方法将促进这些研究的进行。

非洲报道有6个冈比亚按蚊的复合族成员,其中有3个属地理区域重叠,一个复合族的不同成员可以共存于一个单一的地方,但事实上可能只是其中的一种在传播疾病。冈比亚按蚊种的复合族的成员因其多线染色体的带型而相互区别开来,它们的图谱同黑尾果蝇一样已有详细的描述。这些图谱已导致大数量田间动物快速和准确鉴定技术的诞生,该实验室已报道了不同种鉴定的分子进展。核糖体和线粒体DNA的差异可能成为种间区别鉴定的灵敏方法。蚊子的rRNA基因具有真核生物rDNA内含子的典型结构特征。不同种群包含于基因间间除区域(IGS)的DNA顺序不同,该种复合族成员间的IGS区域有2对碱基顺序的多态性,与多态性区重叠的含2个3'-末端核苷酸的PCR引物可以区别复合族中的不同成员,仅与引物正好匹配的那些动物可产生产物。美洲四斑按蚊种复合族的线粒体DNA的差异性也已阐述清楚,但还有待于建立探针。目前还研究了随机扩增多态DNA(RAPD)顺序的PCR技术,但其中还存在能否普遍应用的问题。

抗寄生蚊子发良株系研究中另一个必需的工作是鉴定疾病传播所需的基因,如传播黄热病蚊子冈比亚按蚊和黄热病伊蚊的特定遗传变异种可以减小病原菌寄生病的发病能力,包括疟疾和丝虫病。为了鉴定与减少传播有关的基因,必须有特定技术的进展,三个研究基因组图谱、传播因子及转化过程的中心小组强调了分子生物学家对蚊子所作的研究工作的复杂性,明显存在的问题如还没有以有用频率转化蚊子的能力以及还不能分离与对特异奇生有关的耐性和敏感性有关的基因。然而,其它几个实验室鼓舞人心的报道预示着人们最终解决这些问题的方法。

哈佛大学和克拉拉多州立大学分别集中研究主要载体种冈比亚按蚊和黄热病伊蚊基因组图谱。在与黑尾果蝇平行的工作中,卡法吐司和他的同事们已构建了冈比亚按蚊的区域特异性探针及多线染色体显微解剖的文库。每一个染色体区域代表了蚊子基因组的细胞学差异及邻近部分。多线染色体展开在显微载片上,通过区分由染色体带所区分的区域界限进行显微解剖,提取显微解剖的DNA,连接DNA结扎到染色体碎片上,然后,利用与连接DNA顺序同源的PCR引物,扩增每一个区域特异性DNA制备物。目前已成功制备了54个可识别区域的46个特异性探针。克隆的DNA片段可通过每一个区域特异性DNA制备物是点的杂交膜定位。结合冈比亚按蚊基因组工作,自前正在用随机和特异性cDNA构建作为探针的限制性片段长度多态性图谱,估计这些分子遗传图谱对与载体功能有关的克隆基因有一分摩的清晰度。

黄热病伊蚊基因图谱的研究课题因其相对大的基因组(约8×108个碱基对)而变得复杂。虽然多线染色体还没有弄清楚,但已发现了大量的可见突变,这些突变已一步一步地图谱化了。与基因组DNA进行南杂交印迹的已知及随机cDNA。显示出的以多态性为基础的RFLP已取得进展。这个种的优势是其RFLP可通过与一些可见的突变,如红眼及性决定位点的关系而逐步图谱化。一些与载体能力有关的基因也逐步制成了图谱。这一载体种的研究工作可望成为这一类型克隆基因研究的第一个例子。

用DNA转化蚊子的能力对于分子遗传增殖是必备的先决条件。不幸的是,试验中黑尾果蝇的P-因子在蚊子的胚胎中不能启动,需微注射宿主来转录和翻译P-转位酶(P-transposase)。可是,外源DNA可以低频率插入到蚊子的染色体中去,推测可能是非同源重组的结果。目前有以下几方面的工作,扩增异源转位因子和鉴定蚊子的异源因子,构建病毒依赖的转化载体,建立高频率向蚊子基因组的外源插入(点突异性重组热点),虽然蚊子中不存在与P-因子相当的转位因子,但已鉴别的一些分散的DNA顺序显示与已知因子(如黄热病伊蚊的PX-16)有相同的结构特点,这些在将来可能用作转化载体。黑尾果蝇hobo因子较P-因子似乎有更广泛的散布,在蚊子中鉴定该同源因子将会有所成就。另外,黑尾果蝇细胞中有效重组P-转位酶的纯化预示在异源蚊子系统中利用黑尾果蝇因子的可能性。

蚊子中发生的低频率、非同源性重组事件,如果被用于结合高频率整合基因组的一段DNA顺序,将会得到应用。酵母2-μm质粒FLP-FRT的点特异性重组系统由重组酶、FLP及至少34个碱基的DNA顺序和作为反应底物的FRT所组成,这一系统在黑尾果蝇中的功能在黄热病伊蚊中也同样可发挥作用。这S没有发生与催化及整合作用等同的衍生或合成的FRT位点的内源质粒间重组。目前已用引进FRT位点到基因组中去的方法产生了黄热病伊蚊的株系。FLP重组酶的纯化将促进这一系统作为转化蚊子的手段。

该工作小组提出了目前这一领域中的几个实际的关键性问题,需要建立保存相关蚊子库的中心;需要高密度遗传图谱,可能带有卫星顺序DNA的图谱;还有个紧迫的要求是有一个开放而迅速的研究结果通讯方法。目前在几个种中已取得了一些进展,且在美国可望建立电邮递目录,并通过世界健康组织向全球传发,为蚊子研究者提供同样有活力的服务。

[Science,1992年257期]