《Frontiers in Insect Science》：Larval diet-mediated morphological trait and Wolbachia density variation in Wolbachia-transinfected (wMel and wAlbB) and Wolbachia-free Aedes aegypti mosquitoes
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摘要
引言：幼虫饮食在蚊虫发育和适合度中起着关键作用，通过影响幼虫和成虫性状发挥作用。在水生阶段，蚊虫获取成功变态和成虫羽化所必需的营养物质。幼虫营养与细菌内共生菌（如Wolbachia）之间的相互作用进一步影响蚊虫发育，对基于现场的媒介控制策略具有重要意义。
摘要
引言：幼虫饮食在蚊虫发育和适合度中起着关键作用，通过影响幼虫和成虫性状发挥作用。在水生阶段，蚊虫获取成功变态和成虫羽化所必需的营养物质。幼虫营养与细菌内共生菌（如Wolbachia）之间的相互作用进一步影响蚊虫发育，对基于现场的媒介控制策略具有重要意义。方法：研究人员评估了四种幼虫饮食对Wolbachia转染和未感染埃及伊蚊（Ae. aegypti）品系适合度特征的影响。测试的饮食为：LD1（鱼饲料）、LD2（实验室啮齿动物饲料）、LD3（蘑菇粉）和LD4（狗饼干加酿酒酵母）。研究人员在两种幼虫饮食方案下饲养的埃及伊蚊两代中，评估了Wolbachia转染品系（wMel和wAlbB）和未感染品系的翅长和体重。此外，使用实时PCR（real-time PCR）测量了转染埃及伊蚊品系中的Wolbachia密度。结果：雌蚊翅长受饮食、Wolbachia品系和世代的交互作用显著影响（饮食×品系×世代：F = 3.98，P = 0.0044），同时饮食×品系（F = 3.05，P = 0.0135）交互作用显著。相比之下，雄蚊翅长主要受饮食（F = 14.11，P < 0.001）和饮食×世代交互作用（F = 5.58，P = 0.0019）的影响。雄蚊体重也表现出饮食、品系和世代之间的显著三向交互作用（F = 8.95，P < 0.001），表明存在品系和世代特异性的饮食反应。雌蚊体重表现出显著的饮食×品系（F = 3.43，P = 0.0069）和品系×世代（F = 7.79，P = 0.0012）交互作用。总体而言，幼虫饮食是蚊虫适合度的主要决定因素，其影响受Wolbachia感染状态和世代的调节。讨论：本研究强调幼虫饮食显著影响Wolbachia转染和未感染埃及伊蚊品系的适合度。与LD2和LD3相比，LD1和LD4显示出更好的翅发育和适合度，并观察到性别特异性效应。基于分析，推荐LD1用于Wolbachia转染蚊虫的常规大规模饲养。这些发现强调了未来需要研究经济有效、本地可获得的饮食配方，以优化蚊虫适合度，助力媒介控制策略。
论文解读：幼虫饮食对Wolbachia转染埃及伊蚊形态特征及共生菌密度的影响
**研究背景与问题**
虫媒病毒（arbovirus）感染主要由吸血节肢动物媒介传播给脊椎动物宿主。全球已记录超过700种人类致病性虫媒病毒，其中大部分由蚊科（Culicidae）传播。埃及伊蚊（Aedes aegypti）是登革热病毒（DENV）、基孔肯雅病毒（CHIKV）、黄热病病毒（YFV）和寨卡病毒（ZIKV）等主要虫媒病毒的重要传播媒介。登革热是全球扩张最快的虫媒病毒感染疾病，2000年报告的病例数为505，430例，到2024年激增至1，460万例。在缺乏普遍有效疫苗和治疗方法的情况下，媒介控制仍是登革热防控的主要策略。然而，埃及伊蚊种群中杀虫剂抗性的广泛出现严重削弱了传统防控手段的效果，亟需探索替代性媒介控制方法。
Wolbachia是一类革兰氏阴性、细胞内、母系传播的内共生细菌，可通过胞质不相容性（cytoplasmic incompatibility, CI）机制用于蚊虫种群替换（population replacement）或种群抑制（population suppression）策略。在印度医学研究理事会-国家媒介控制研究所（ICMR-NIVCR）与莫纳什大学世界蚊虫计划（World Mosquito Program）的合作中，研究人员通过多代回交培育了携带wMel和wAlbB两种Wolbachia菌株的埃及伊蚊品系。基于Wolbachia的媒介控制在现场条件下的实施需要大规模饲养和释放具有最佳适合度特征的蚊虫。幼虫饮食是影响蚊虫规模化饲养中生物学适合度的关键因素之一，但目前关于幼虫饮食对体重、翅长和Wolbachia密度等形态学及生物学参数跨世代影响的信息有限。因此，本研究旨在系统评估不同幼虫饮食对Wolbachia转染及未感染埃及伊蚊品系这些特征的影响，以确定最适合各Wolbachia品系成虫形态特征发育的幼虫饮食方案。
**研究技术与方法**
研究人员采用全因子实验设计（4种饮食×3个蚊虫品系×2个世代=24个组合），评估了四种幼虫饮食方案：LD1（鱼饲料，TetraBits颗粒）、LD2（实验室啮齿动物饲料）、LD3（蘑菇粉，双孢蘑菇Agaricus bisporus来源）和LD4（狗饼干与酿酒酵母以3：2比例混合）。研究使用wMel转染、wAlbB转染和未感染的埃及伊蚊（Puducherry背景）品系，每种组合设置三个独立生物学重复，每个重复从100只一龄幼虫（n = 300/组合）开始。翅长测量采用立体显微镜配数码相机，从翅基切迹到翅尖（不包括缘毛）测量；干体重通过半微量分析天平（可读性0.01 mg）逐只测量。Wolbachia密度通过双链实时PCR（duplex real-time PCR）检测Wolbachia表面蛋白基因（wsp，针对wMel）或锚蛋白重复结构域基因（针对wAlbB）以及埃及伊蚊看家基因核糖体蛋白17（RPS17），采用2^(-ΔCt)方法计算相对密度。统计分析使用R 4.2.2，通过赤池信息准则（AIC）选择最优线性模型，并进行Tukey调整的事后成对比较。
**研究结果**
**适合度特征**
实验室实验包含四种幼虫饮食处理、两个世代（F0、F1）、三个蚊虫品系（未感染对照、wAlbB、wMel）和三个独立生物学重复，预期共72个实验观察。但LD2-F1-wMel组合因F1代蚊虫数量不足及实验过程中的错误/无效而缺失。雌蚊翅长在各饮食组和品系中均大于雄蚊。
雌蚊翅长分析显示，饮食、Wolbachia品系和世代之间存在显著的三向交互作用（F = 3.98，P = 0.0044），表明幼虫饮食的效应因Wolbachia品系和世代的不同而有所差异。饮食×品系（P = 0.0135）和饮食×世代（P < 0.001）交互作用均显著。在F0代中，LD2饮食产生的平均翅长最高，但与LD1和LD4无显著差异；三种饮食均显著大于LD3。在F1代中，LD4饮食产生的平均翅长最高，显著优于LD3。wAlbB品系在LD1饮食下雌蚊翅长最长（2959.6 ± 40.01 μm），wMel品系在LD2饮食下雌蚊翅长最短（2657.03 ± 5.4 μm）。
雄蚊翅长在2099–2271 μm范围内。LD3在所有品系中均产生较短的翅长（未感染：2130.95 μm，wAlbB：2098.69 μm，wMel：2120.08 μm）。最优模型显示饮食（F = 55.91，P < 0.001）和世代（F = 37.37，P < 0.001）显著影响雌蚊翅长（注：此句根据原文为雌蚊翅长模型描述，但原文也提及雄蚊模型），饮食×世代交互作用显著（F = 5.32，P = 0.0025），表明幼虫饮食效应在F0和F1世代间存在差异。雄蚊翅长主要受饮食影响（F = 14.11，P < 0.001）以及饮食×世代交互作用（F = 5.58，P = 0.0019）。
雄蚊体重分析显示显著的饮食×品系（F = 14.50，P < 0.001）、品系×世代（F = 16.25，P = 0.0036）和饮食×世代（F = 5.18，P < 0.001）交互作用，表明幼虫饮食对雄蚊体重的影响因Wolbachia品系和世代不同而变化。未感染品系在LD2饮食下平均体重最高（3.888 ± 0.366 mg），但wAlbB和wMel品系在同一饮食下体重显著较低（分别为2.742 mg和2.660 mg）。
雌蚊体重分析显示，饮食×品系（P = 0.0069）、饮食×世代（P < 0.001）和品系×世代（P = 0.0012）交互作用显著，但三向交互作用不显著（F = 2.15，P = 0.0767）。wAlbB雌蚊在LD1（6.22 ± 0.63 mg）和LD4（6.47 ± 0.99 mg）饮食下体重较高，其中LD4为整个雌蚊数据集中最高值。饮食和蚊虫品系独立对雌蚊体重无显著影响。
Wolbachia密度分析显示，wAlbB品系在大多数饮食处理中表现出比wMel品系更高的Wolbachia密度。在鱼饲料（LD1）和实验室啮齿动物饲料（LD2）饲养的蚊虫中通常观察到较高密度，而在狗饼干和酿酒酵母饮食（LD4）下饲养的蚊虫Wolbachia密度相对较低。线性混合效应模型显示，以wAlbB品系在LD1饮食下为参考组（估计平均密度19.58 ± 0.83），LD2对wAlbB品系密度无显著变化（β = 0.79，p = 0.280），而LD4导致密度显著降低（β = ?10.38，p < 0.001）。wMel品系在LD1饮食下密度显著低于wAlbB（β = ?7.14，p < 0.001）。LD4与wMel的交互作用显著且为正（β = 8.69，p < 0.001），表明LD4下wMel品系密度的降低程度较wAlbB品系缓和。蘑菇粉（LD3）处理因未检测到可检测的Wolbachia密度而被排除在分析之外。
**讨论与结论**
本研究表明幼虫饮食对Wolbachia转染和未感染埃及伊蚊品系的适合度具有显著影响。幼虫饮食与蚊虫品系在雄蚊体重上的显著交互作用表明饮食效应具有品系依赖性，不同Wolbachia感染品系在利用或分配幼虫发育期获取的营养物质方面可能存在差异。这种品系特异性反应可能源于与Wolbachia感染相关的代谢需求差异、宿主-共生菌互作或营养同化效率的品系间变异。研究结果支持LD1和LD4作为印度规模化饲养设施实用饮食的推荐方案。
本研究存在一定局限性：缺乏正式的样本量计算和功效分析；仅在受控实验室条件下进行，未经现场验证；未分析四种饮食的营养成分组成；仅考察了F0和F1两个世代；LD2-F1-wMel组合因高成体死亡率而缺失。
研究结论验证了幼虫营养显著影响埃及伊蚊的形态特征和Wolbachia密度，涉及Wolbachia转染和未感染品系。与LD2和LD3相比，LD1和LD4饮食持续支持最佳的翅发育和总体性状。雄蚊体重表现出复杂的品系依赖性饮食反应，而雌蚊体重在各处理间保持稳定，表明存在性别特异性营养敏感性。LD4饮食通过未知机制导致Wolbachia密度降低。LD1饮食产生最优结果，因此被推荐作为媒介控制田间释放的大规模饲养项目的幼虫饮食。这些发现强调了标准化营养方案在维持健康、有竞争力的蚊虫种群中的重要性，并提示未来研究应聚焦于开发经济有效、本地来源的饮食配方，以及探究饮食成分、天然微生物群和Wolbachia密度模式之间的复杂互作，以优化蚊虫适合度和共生菌稳定性，从而成功实施种群替换和抑制策略。
