《Insect Biochemistry and Molecular Biology》：Male reproductive genes influencing mating and fertility: enhancing the sterile insect technique and genetic control of Diptera pests
编辑推荐：
•将双翅目昆虫的生殖基因映射到发育和交配后的失效模式。•将不育性与交配表现、残余生育力及交配后效应联系起来。•综述调控雄性生育力的蛋白质编码基因和非编码RNA。•展示嵌合体、多效性和靶点变异所带来的验证约束。•将生殖生物学与群体选择、大规模饲养和不育雄性质量控制联系起来。引言
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将双翅目昆虫的生殖基因映射到发育和交配后的失效模式。
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将不育性与交配表现、残余生育力及交配后效应联系起来。
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综述调控雄性生育力的蛋白质编码基因和非编码RNA。
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展示嵌合体、多效性和靶点变异所带来的验证约束。
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将生殖生物学与群体选择、大规模饲养和不育雄性质量控制联系起来。
引言
害虫昆虫对农业、自然生态系统和公共卫生造成重大负担，降低作物产量，威胁粮食安全，并破坏生物多样性（Morisette等，2020；Savary等，2019）。化学杀虫剂仍然是害虫管理的核心手段，但其长期有效性日益受到不断进化的抗药性的制约，且其对非靶标生物和生态系统功能的广谱影响引发了可持续性方面的担忧（Hemingway和Ranson，2000；Wan等，2025）。这些局限性加深了对物种特异性且环境可持续的害虫抑制方法的关注，包括不育昆虫技术（SIT），这是一种自20世纪中叶以来在全球范围内应用的成熟、物种针对性控制方法（Bourtzis等，2026；Lees等，2015；Marec和Vreysen，2019）。
SIT方法包括辐射诱导不育、化学不育和遗传策略（Kapranas等，2022；Wei等，2025；Yan等，2023）。暴露于X射线、γ射线或高能电子会诱导生殖细胞中的显性致死突变，从而阻止可育后代的产生（Dyck等，2005；Helinski等，2009；Yamada等，2023）。尽管化学不育剂早期显示出潜力，但由于对成本、安全性和污染的担忧，其应用范围有限（Baxter，2016）。分子生物学和生物技术的最新进展大大扩展了研究昆虫雄性生育力和不育性遗传基础的可用工具（Yan等，2025）。RNA干扰（RNAi）和CRISPR/Cas9技术极大地扩展了在果蝇、蚊子和实蝇中测试雄性生育基因的能力。例如，双链RNA（dsRNA）能够实现靶点沉默睾丸特异性基因，包括α1,4-半乳糖基转移酶1和睾丸特异性丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（Tssk），破坏黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）和瓜实蝇（Zeugodacus cucurbitae）的精母细胞发生过程（Xiao等，2024；Zhai等，2023）。此外，CRISPR/Cas9已被用于研究精子发生相关基因并产生雄性不育（Ashok等，2024；Zhang等，2020）。SIT的一种基于CRISPR的扩展方法是精确引导（pg）SIT，其中分别维持的Cas9表达株系和引导RNA（gRNA）表达株系通过交配产生不育雄性和不可育雌性（Kandul等，2019）。这一策略首次在黑腹果蝇（D. melanogaster）中得以验证，随后被应用于植物害虫樱桃果蝇（Drosophila suzukii）、人病媒伊蚊（Aedes aegypti）和疟疾病媒按蚊（Anopheles gambiae），这些研究强调了选择影响雄性生殖和雌性存活的合适靶点基因的重要性（Apte等，2024；Kandul等，2019；Li等，2021a）。在伊蚊中，CRISPR/Cas9破坏睾丸特异性β2-微管蛋白基因B2t产生了缺乏成熟精子的不育雄性，同时在实验室条件下保留了多项测量的成虫性状。然而，其抑制效果取决于不育雄性与可育雄性的比例及其与可育雄性的竞争（Chen等，2021a）。对于pgSIT等遗传控制策略，有用的基因靶点必须能产生不育或近不育的雄性，同时保持活力、竞争力和交配能力、射精转移能力，最好还能阻断后续的可育交配。
本综述考察了影响双翅目昆虫交配和生育力的雄性生殖基因，以雄性生殖时间线作为组织框架。候选靶点根据其影响的发育过程、产生的主要生殖失效模式、进行测试的物种背景以及最相关的SIT性能验证终点进行分组。这一组织方式将睾丸形态发生、生殖系维持、减数分裂、精子形成、精子功能、附属腺体信号传导和RNA介导的调控与SIT相关的结果联系起来。这些结果包括受影响的交配竞争力、诱导不育、残余生育力、精子储存、雌性交配后反应、再交配结果以及群体水平的抑制。这一框架可以为大规模饲养条件的优化、辐射敏感发育阶段的选择、不育雄性的质量控制以及诱导雄性不育的基因靶向策略设计提供参考。我们还讨论了关键的生物学和技术约束，包括体细胞嵌合性、多效性适应度代价和靶点位点多样性。总之，这一综合论述为增强基于核辐射的不育策略提供了框架，并突出了支持稳健不育品系开发的遗传学见解。
章节摘要
从雄性生殖时间线到SIT相关靶点类别
双翅目昆虫的雄性生育力涉及一系列发育和生理检查点，包括睾丸形态发生、生殖系维持、减数分裂、精子形成、精子功能和附属腺体介导的交配后反应（Avila等，2011；de Cuevas和Matunis，2011；White-Cooper，2010）。关于这些生殖过程的大部分机制性见解均来自黑腹果蝇（D. melanogaster），并辅以蚊子和实蝇的证据来评估
候选不育基因验证和部署中的挑战
开发基因靶向不育系统，识别生殖必需基因是第一步，因为其成功转化为田间可用的控制工具必须克服嵌合性驱动的表型不稳定性，以及多效性适应度代价和由现存遗传多样性引起的抗性。
对实施SIT计划的启示
生殖基因知识的实际应用价值超越了不育靶点的识别。生殖通路还可为群体选择、饲养相关性能下降的诊断以及辐射后雄性评估提供参考。SIT生产过程可能会在驯化、大规模饲养和不育化过程中影响雄性质量（Sánchez-Rosario等，2025）。分子测量应作为表型质量控制检测的补充，后者仍然是基准
结语
过去和正在进行的SIT项目已经证明，通过释放具有竞争力但不能产生可育后代的雄性，可以抑制双翅目昆虫种群（Bourtzis等，2026；Klassen等，2021）。本文综述的生殖通路表明，这一结果可通过不同的发育和交配后缺陷产生，对雄性表现和生殖抑制具有不同的影响。候选基因对SIT的价值不仅仅取决于是否
CRediT作者贡献声明
Ying Yan：撰写 – 综述与编辑，监督，资金获取，概念化。Dong Wei：撰写 – 综述与编辑，监督，资金获取，概念化。Jin-Jun Wang：撰写 – 综述与编辑，监督，资金获取，概念化。Dong Chen：撰写 – 原稿撰写，可视化，调查研究，数据整理。Guy Smagghe：撰写 – 综述与编辑。Hong-Bo Jiang：撰写 – 综述与编辑
未引用参考文献
Quénerch'du等，2016。
致谢
本研究部分得到了国家自然科学基金委员会（32272527）、中国农业科研体系专项基金（CARS-24）、德国研究基金会（DFG，German Research Foundation）项目编号470105316/YA 502/3-1项目、西南大学研究生研究与创新项目（SWUB25066）以及111计划（B18044）的支持。
Dong Chen|Guy Smagghe|Hong-Bo Jiang|Ying Yan|Dong Wei|Jin-Jun Wang
