5月26日，深圳湾实验室传染病研究所柳峰团队与浙江大学昆虫科学研究所冯雪春团队合作在Nature Communications在线发表题为Self-limiting population suppression gene drive design in the West Nile vector mosquito, Culex quinquefasciatus文章。该研究构建了一种新型自限性（self-limiting）基因驱动系统，通过靶向库蚊性别决定通路，实现种群抑制的同时限制驱动元件持续扩散，为发展更可控的蚊媒遗传学控制策略提供了新的方向。

为什么需要控制库蚊种群？

库蚊是全球重要的病媒昆虫之一，分布广泛、繁殖能力强，可传播包括西尼罗病毒（West Nile virus）和丝虫在内的多种病原体，对人类健康构成持续性威胁。目前，相关疾病仍缺乏有效疫苗与特异性治疗手段，使得防控高度依赖媒介控制。而长期的化学防控，已使库蚊种群逐渐出现不同程度的杀虫剂抗性，进一步削弱传统防控措施的效果，使其在多种生态环境中维持高密度种群，加剧了疾病传播风险。因此，如何实现高效且可持续的库蚊种群控制，仍是媒介生物学领域的重要挑战。

这项工作的关键创新是什么？

在传统基因驱动系统中，尤其是经典归巢型（homing）基因驱动，驱动元件通常能够在种群中持续扩散并长期维持，一旦释放往往难以在空间和时间尺度上实现有效控制。这种“高扩散、难终止”的特性，在提高传播效率的同时，也带来了潜在的生态不确定性。

本研究提出了一种基于RIDD（Release of Insects carrying a Dominant Sterile Driver）策略的自限性驱动设计框架。其核心思路可以概括为一句话：让基因驱动既能传播，也能在合适的时候停止。

研究团队将驱动元件设计于库蚊高度保守的性别决定基因 doublesex（dsx）,并引入密码子优化的雄性 dsxM-cDNA 序列。这种设计实现了两种不同的遗传结果：

1. 在雄蚊中，驱动元件不会明显影响正常发育和繁殖能力，使其能够持续传播目标基因；

2. 在雌蚊中，携带驱动元件会干扰正常性别分化过程，使其发育形成不育的 intersex 表型，从而降低种群繁殖能力。

该设计另外一个巧妙之处在于，巧妙利用了库蚊特殊的性别决定机制，使这一系统天然具备强自限性。与人类不同，库蚊没有典型Y染色体，而是依赖一个被称为“M位点”的雄性决定区域控制性别分化。研究发现，驱动靶标基因dsx与M位点天然紧密连锁，因此驱动主要通过雄性后代进行遗传。换言之，雄蚊可以继续传播驱动，而获得驱动的雌蚊则会变为完全不育的间性个体，无法继续繁殖并传播驱动，从机制上限制了其长期无限扩散。

该系统的种群效应如何？

实验结果表明，该系统在实验室条件下表现出最高约 71%的超孟德尔遗传率（super-Mendelian inheritance），显著高于自然状态下约50%的遗传概率，说明其具备较强的种群传播能力。且携带驱动的雌性个体不仅失去繁殖能力，还完全丧失吸血行为。研究团队还观察到，一部分未携带驱动元件的雌性后代同样出现间性特征。后续分子水平分析发现，这些个体携带了驱动过程中产生的dsx抗性突变，且表现出显著降低的繁殖能力。这一结果表明，dsx在雌性库蚊中具有显性不育效应，从而进一步增强了种群抑制效果。

进一步的笼养实验显示，单次释放即可在种群中产生持续抑制效应，但驱动元件不会无限扩散，而是在经历一定传播周期后逐渐衰减，表现出明显的自限性特征。

研究团队随后进行了种群动力学模拟。模型预测，在较低释放比例及较低种群增长率条件下，多次释放该系统能够显著降低可育雌蚊数量，并表现出优于部分传统遗传控制方法的抑制效率，例如不育昆虫技术（Sterile Insect Technique, SIT）以及雌性特异性携带显性致死基因昆虫释放系统（female-specific Release of Insects carrying a Dominant Lethal, fs-RIDL）。

这项工作的意义在哪里？

这项工作不仅提供了一种新的蚊虫控制工具，也进一步扩展了基因驱动技术的设计思路。过去研究往往强调“高效率、持续扩散”，而该研究则更关注如何在保证种群抑制效果的同时，为驱动系统引入“终止机制”， 使基因驱动具备可控的传播窗口。 同时，该研究验证了基因驱动在库蚊这一以往较少被工程化物种中的可行性，并为发展兼顾公共卫生需求与生态安全的蚊媒遗传控制策略提供了新的技术路径。

深圳湾实验室柳峰研究员为第一通讯作者，浙江大学冯雪春研究员（之前为深圳湾实验室传染病研究所副研究员）为本文的第一作者兼共同通讯作者，北京大学Jackson Champer研究员为共同通讯作者。深圳医学科学院/西湖大学联培博士生丁晋瑛为本文的共同第一作者。北京大学博士研究生刘亦然，美国University of California，San Diego研究员Valentino Gantz以及美国University of Texas Health Science Center 助理教授Victor Lopez del Am参与了本研究。浙江大学陈学新教授对项目研究给予支持与指导。本研究得到国家自然科学基金委、浙江省自然科学基金、深圳湾实验室启动经费等项目支持。

论文标题：

Self-limiting population suppression gene drive design in the West Nile vector mosquito, Culex quinquefasciatus

供稿 | 柳峰课题组

编辑 | 鲍 啦

责编 | 远 山

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