【蚊子繁殖的“翻译官”】 | ：赖氨酰-tRNA合成酶如何调控生育力？

导读：

在蚊子传播登革热、寨卡病毒等疾病的背后，其繁殖能力是关键环节。一项新研究揭示，一个名为KARS的“分子翻译官”在蚊子繁殖中扮演着核心角色，它通过协调蛋白质合成和激素信号，掌控蚊子的生育大权。这一发现为开发新型控蚊策略提供了新靶点。

 

 

文章索引：

标题：Lysyl-tRNA synthetase orchestrates translation and hormone signaling during reproduction in Aedes aegypti mosquitoes.

发表期刊：Communications Biology.

发表时间：2025.07

作者团队：中国科学院动物研究所  邹振研究员团队

IF：5.1/Q1

DOI：10.1038/s42003-025-08428-7.

研究结果

（1）ARS基因在繁殖过程中的表达模式与JH和20E的活性相关

首先，作者系统揭示了氨酰-tRNA合成酶（ARSs）基因在蚊子繁殖中的核心调控规律：GO富集分析（图1A）显示翻译相关过程在上调DEPs中显著富集，其中细胞质翻译和翻译起始占主导（图1B）；动态表达谱（图1C-D）证实ARS基因在血餐后6小时出现表达峰值，符合繁殖关键期需求；

 

 

激素调控网络分析（图1E）进一步揭示ARS基因受JH通路激活和20E通路抑制的拮抗调节，勾勒出激素通过Met/EcR受体精确调控翻译机器的时间窗口。这些结果共同证明ARS基因作为激素下游效应器，在协调繁殖期蛋白质合成浪潮中扮演关键角色。

 

（2）ARS基因敲低对卵巢成熟和卵黄发生的影响

随后，作者探索了ARS基因缺失对蚊子繁殖的破坏性影响。形态学分析显示ARS缺陷组卵巢发育停滞（图2A）和卵泡尺寸显著缩小（图2B），其中KARS组卵泡最小（128.4μm）；繁殖力测试进一步证实产卵量急剧下降（图2C），EPRS和KARS敲低使产卵数接近归零；

 

 

分子机制探究揭示Vg的mRNA（图2D）和蛋白（图2E）表达同步受损，且KARS缺陷引发最严重表型——卵巢萎缩、繁殖衰竭与Vg合成崩溃形成因果链，证明ARS基因（尤以KARS为关键）通过调控卵黄蛋白合成主导繁殖成功。

（3）埃及伊蚊脂肪体中KARS表达的激素调控

作者通过受体RNAi和体外激素处理实验，揭示了ARS基因的激素调控特异性：受体敲低实验（图3A）显示EPRS/LARS1/NARS受双激素抑制，而KARS表现独特拮抗调控——MetRNAi下调其表达，EcRRNAi反而上调；体外激素验证（图3B）进一步确认KARS对JH/20E的响应一致性：JH激活而20E抑制。

 

这种双向调控模式使KARS成为激素信号枢纽，其表达波动直接关联蚊子繁殖周期中JH-20E转换节点，为理解激素翻译调控网络提供了关键分子锚点。

 

（4）KARS缺陷蚊子中翻译的失调

作者结合多维度实验证实KARS缺陷引发翻译过程失衡：Polysome profiling（图4A-C）显示KARS敲低后40S/60S亚基和80S单核糖体减少而多核糖体富集，P/M比率显著升高（图4D）暗示翻译起始异常激活；但嘌呤霉素标记实验（图4E-F）揭示新生多肽合成实际降低，尤其高分子量蛋白产量下降20%，这种“起始增强而产出减少”的矛盾现象直观体现了KARS缺失导致的翻译机器失调——核糖体可能发生停滞，使mRNA虽大量结合核糖体却无法有效延伸，最终阻碍卵黄蛋白等关键大分子合成。

 

 

 

（5）KARS敲低后翻译起始的增强

为了表征KARS缺陷诱导的翻译招募中的动态基因表达，在24小时PBM时从iEGFP和iKARS雌蚊收集脂肪体进行RNA-seq和Ribo-seq分析。

 

TE分析（图5A）揭示共同上调基因群呈现高翻译效率，KEGG富集（图5B）进一步锁定核糖体生物发生和RNA聚合酶等关键通路激活；TOR信号轴详细图谱（图5C）显示Rheb-S6K通路翻译效率全面提升而抑制因子4E-BP被压制，Western blot验证（图5D-E）证实S6K磷酸化比率显著增高，从功能层面证实TOR通路过度激活；与此同时，ISR关键指标P-eIF2α的抑制（图5F）表明细胞应激应答失效，共同导致翻译起始"刹车"失灵。

 

这些结果勾勒出KARS缺失后翻译机器的典型失调模式：TOR驱动起始亢进与ISR抑制形成"双重加速"，但核糖体停滞实际阻碍蛋白合成，揭示翻译调控"油门与刹车"系统失衡是繁殖失败的核心机制。

（6）KARS 敲低后核糖体停滞的发生

为了研究翻译失调的机制，作者评估了核糖体在转录本上的分布（图6A），显示KARS敲低后核糖体异常聚集在mRNA的5'端（占据点0.16 vs 正常0.63），表明翻译起始过度激活但延伸受阻；密码子频率图谱（图6B-D）发现A位点赖氨酸密码子（AAG/AAA）大量累积，直接证实KARS缺失阻碍赖氨酸-tRNA掺入，诱发核糖体在特定密码子"卡壳"；5'端占据增高（图6E）进一步暗示核糖体碰撞风险，而繁殖相关mRNA的核糖体结合缺失（图6F）及卵黄蛋白基因（如VCB）翻译停滞（图6G-H）。

 

上述结果共同勾勒出"KARS缺失→赖氨酸解码失败→核糖体停滞→关键繁殖蛋白合成受阻"的因果链条，从分子层面解释了蚊子生育力崩溃的根源。

 

（7）KARS缺陷通过改变激素水平阻断了卵黄发生

最后，作者系统阐释了KARS缺陷介导的激素级联崩溃机制：KARS敲低直接抑制CYP314A1转录翻译（图7A），导致20E合成关键酶缺失，最终使20E滴度暴跌至正常水平的23%（图7C）；与此同时，显示JH通路反向激活—JH诱导基因（如Kr-h1）上调且JH滴度飙升至400%（图7A，D），这种JH/20E的“跷跷板”式拮抗（JH升、20E降）将蚊子生理状态锁定在繁殖前阶段，从激素信号源头切断了卵黄发生启动开关，完整揭示了KARS通过调控激素平衡主宰繁殖命运的分子路径。

 

 

 

 

研究结论

这项研究首次阐明KARS作为“翻译-激素”轴心的核心地位：它既保障蛋白质正常合成，又维持激素平衡，双保险确保繁殖顺利进行。当KARS功能受损时，翻译机器故障与激素失衡形成恶性循环，彻底瓦解蚊子的生育能力。

 

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