《Journal of Thermal Biology》：Heat hardening enhances mosquito heat tolerance in a species-specific and assay-specific manner
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研究评估了三种传病原虫（埃及伊蚊、库蚊及按蚊）成虫经41℃一小时热处理后对后续高温冲击的耐受性，发现雌性整体耐热性优于雄性，但热适应效果因测试方法（生存率、CTmax、静态 knockdown 时间）而异，亲代热冲击未对子代产生跨代影响。强调模型需纳入热适应机制以预测气候变暖下的虫媒分布与传播风险。
阿佩克莎·L·瓦鲁萨维塔纳（Apeksha L. Warusawithana）、贝琳达·范赫尔瓦登（Belinda van Heerwaarden）、阿里·A·霍夫曼（Ary A. Hoffmann）和佩兰·A·罗斯（Perran A. Ross）
澳大利亚维多利亚州帕克维尔市墨尔本大学生物科学学院害虫与环境适应研究小组
摘要
模型预测，许多蚊子的分布会随着气候变化而发生变化，但很少有模型考虑到它们的适应能力。适应机制之一是使之前经历过亚致死压力的蚊子能够更好地耐受后续的压力。在这项研究中，我们评估了三种媒介蚊子——Aedes aegypti、Ae. notoscriptus和Culex quinquefasciatus在经过热处理后的耐热性。所有种类的成蚊都通过暴露在41°C的环境中一小时来进行热处理，随后在一系列温度下测试了（1）热存活率和热击倒反应（直至致死温度），（2）CTmax斜率测定，以及（3）静态温度下的击倒时间。在热击倒测试中，所有三种蚊子的雌性都比雄性具有更强的耐热性，但在CTmax和热击倒时间的测试中，性别的影响要么不存在，要么不一致。热处理对后续热击倒的影响在所有三种蚊子的雌雄中都表现明显。然而，对于24小时后的存活率，热处理的效果差异显著：Cx. quinquefasciatus没有效果，而Ae. notoscriptus的LT50增加了约1°C。相比之下，在CTmax和静态击倒时间的测试中未检测到热处理的效果。在Ae. aegypti中的额外实验表明，父母代的热处理并没有提高后代的耐热性。我们的发现强调了在预测蚊子对气候变暖的反应时，需要考虑包括热处理在内的适应效应。这些发现也对更广泛地测量耐热性具有意义，因为性别和热处理的效果取决于所使用的测试方法和测量的性状。
引言
气候变化是全球物种分布和动态变化的关键因素（Grimm等人，2013年；Scheffers等人，2016年）。全球平均温度已经超过了政府间气候变化专门委员会（IPCC）设定的1.5°C的升温目标（Cointe和Guillemot，2023年），到2024年已达到1.55°C（WMO，2025年）。包括蚊子在内的变温昆虫预计将受到环境变暖的显著影响，因为它们的生理和生物特性直接受到环境温度和极端温度的影响（Carrington等人，2013年；Harvey等人，2020年；Hoffmann等人，2003年），这反过来又会影响它们的整体适应性，通过影响繁殖和存活（Ciota等人，2014年；Cossins和Bowler，2012年；Lahondere和Bonizzoni，2022年）。
虽然昆虫对高温敏感（Ma等人，2021年），但表型可塑性——即基因型根据环境刺激表达不同表型的能力（Lalejini等人，2021年；Rodrigues和Beldade，2020年；West-Eberhard，1989年）可能使它们能够应对极端温度条件（Rodrigues和Beldade，2020年；Sgro等人，2016年）。无论是代内还是代间可塑性，即父母代的环境影响后代表型，都提供了比单纯进化适应更快的应对环境压力的途径（Cavieres等人，2019年；Diaz等人，2021年；Kellermann和van Heerwaarden，2019年）。
蚊子生活在高度动态的环境中，包括具有季节性的温带地区，在这些地区，表型可塑性可以扩展它们生存和繁殖的条件（Bujan等人，2020年；Urbanski等人，2010年）。这种可塑性使蚊子种群能够应对短期的温度波动和季节性极端。例如，来自温带地区的Aedes albopictus种群在卵表面碳氢化合物组成上表现出季节性变化，而热带种群则没有（Urbanski等人，2010年）。同样，Oliveira等人（2021年）发现，在温带气候下Aedes和Culex蚊子的CTmin随季节变化，而在热带气候下则没有。重要的是，耐寒性及其可塑性对于热带蚊种扩展到温带地区也至关重要，因为在温带地区的越冬存活率可以决定它们的建立成功率（Armstrong等人，2017年；Tippelt等人，2020年）。然而，可塑性并不总是提高热性能；根据暴露的强度和持续时间，它可能会带来生理成本，如生长减缓、繁殖减少或存活率降低（Arnold等人，2019年；Gunderson等人，2017年；Hoffmann和Bridle，2022年；Watkins，2021年），这些成本往往是复杂且依赖于具体情境的（Auld等人，2010年）。
热处理是一种短期的表型可塑性形式，当之前暴露在亚致死高温下时，会增强随后的热性能（Bowler，2005年；Hoffmann等人，2023年；S?rensen等人，2016年）。这种快速反应主要涉及热休克蛋白（HSP）的表达，特别是HSP70，它在1-2小时内稳定蛋白质和膜（Benoit等人，2010年；Dahlgaard等人，1998年；Tiffany L Gross等人，2009年）。短暂的热处理（1-4小时）能有效诱导Drosophila melanogaster的热耐受性（Dahlgaard等人，1998年；Hoffmann等人，2003年）。尽管这种反应在许多昆虫（Weaving等人，2022年）尤其是Drosophila（Ferguson等人，2024年；Kellermann和Sgrò，2018年；Macdonald等人，2025年；Sejerkilde等人，2003年；S?rensen等人，2016年）中得到了广泛研究，但在蚊子中的研究仍然不足。在预测全球变暖对蚊子的影响方面，研究蚊子是否利用热处理作为快速响应机制来提高其在压力温度下的热性能非常重要。此外，还需要了解父母代的热暴露是否可以诱导代间可塑性，使后代能够在没有基因改变的情况下快速应对环境变化（Foo等人，2019年；Fox和Mousseau，1998年）。
因此，了解蚊子进行热处理的能力对于预测它们在气候变化下的种群维持能力和传播病原体的潜力至关重要。为了维持蚊子种群，成年雌蚊必须存活足够长的时间以完成至少一个生殖周期，从吸血到产卵（Brady等人，2013年）。重要的是，在病原体传播的背景下，感染的雌蚊必须存活足够长的时间，以便病原体完成其外部潜伏期并变得具有传染性（de Souza和Weaver，2024年；Kamiya等人，2020年；Mordecai等人，2019年；Reeves等人，1994年），并且随后进行吸血，从而将病原体传播给未感染的宿主（Barr等人，2024年；Goindin等人，2015年；Muturi等人，2008年）。因此，蚊子的存活率是决定其媒介能力的关键因素，这引发了这样一个问题：可塑性是否会通过改变蚊子的分布增加蚊媒疾病传播到以前未暴露人群的风险。
尽管有许多研究探讨了媒介蚊子对温度的反应（Carlassara等人，2024年；Chura等人，2023年；Colinet等人，2015年；Delatte等人，2009年），但相对较少的研究关注它们缓冲高温压力的可塑性（Ciota等人，2014年；Gray，2013年；Sivan等人，2020年）。大多数研究集中在几天到几周的发展适应上，评估在升高恒定温度下饲养未成熟阶段后的成虫性状表现，这可能会降低成虫的存活率（Ciota等人，2014年）、体型（Ciota等人，2014年）、繁殖力（Ezeakacha和Yee，2019年；Pek?anská等人，2025年）以及卵的孵化率（Pek?anská等人，2025年）。Gray（2013年）表明，幼虫和成虫的适应都可以影响它们的临界热最大值（CT max）。尽管发展适应的效果已有充分记录，但热处理缓解这些效果的能力却很少被考虑。Sivan等人（2020年）发现，幼虫在热处理前的亚致死热暴露可以提高Ae. aegypti幼虫在随后的热压力下的存活率。
本研究旨在全面探讨成年蚊子的热处理对其耐热性的影响，包括代间影响。我们使用41°C的一小时热处理来诱导快速的热休克介导的硬化反应（Dahlgaard等人，1998年；Macdonald等人，2025年；Moghadam等人，2019年；van Heerwaarden等人，2016年），这与之前蚊子研究中使用的长期发展适应不同（Ciota等人，2014年；Pek?anská等人，2025年），使我们能够测试成虫的即时生理灵活性。我们研究了热处理对三种主要媒介蚊子——Aedes aegypti、Ae. notoscriptus和Culex quinquefasciatus的耐热性的影响。我们还考虑了Ae. aegypti的代间效应。Aedes aegypti是登革热的主要媒介（Brady和Hay，2020年；Jansen和Beebe，2010年），使超过39亿人在132个国家面临风险，每年约有9600万例症状病例和40,000人死亡（WHO，2025年）。Ae. notoscriptus是罗斯河热的主要媒介（Claflin和Webb，2015年），每年在澳大利亚导致约5000例人类感染（AGDH，2025年），并且最近被证实是澳大利亚东南部Mycobacterium ulcerans的媒介（Mee等人，2024年）。根据世界卫生组织（WHO，2025年）的数据，淋巴丝虫病主要由Cx. quinquefasciatus传播（Negi和Verma，2018年），尽管WHO在2000年启动了全球消除淋巴丝虫病计划（GPELF），但全球仍有超过6.57亿人面临风险。除了它们的流行病学相关性外，选择这些物种还因为它们来自不同的气候区域：Ae. aegypti主要来自热带环境（Deutsch等人，2008年；Lahondere和Bonizzoni，2022年），Ae. notoscriptus来自温带地区（Metzger等人，2022年），Cx. quinquefasciatus来自广泛的热带-亚热带地区（Negi和Verma，2018年）。
章节片段
蚊子种群和饲养
Aedes aegypti、Ae. notoscriptus和Cx. quinquefasciatus种群最初是从澳大利亚昆士兰收集的卵中建立的，并已在实验室中维持了至少50代。蚊子在标准蚊虫饲养条件下饲养，温度为26 ± 0.5°C，相对湿度为50-70%，光照周期为12:12小时（光：暗），遵循Ross等人（2017年）描述的方案并进行了修改。成虫喂食10%的蔗糖溶液
热处理对热击倒和死亡率的影响
评估了热处理（41°C下的一小时热休克）对三种蚊子（Ae. aegypti、Ae. notoscriptus和Cx. quinquefasciatus）的热击倒（图2A-C，表1）和死亡率（图2D-F，表2）的影响。在所有物种、性别和处理组中，死亡率LT50值比击倒LT50值高约2°C（表1，表2），表明许多个体在热暴露后24小时内恢复了
讨论
在这项研究中，我们通过多种测试评估了热处理对三种媒介蚊子——Ae. aegypti、Ae. notoscriptus和Cx. quinquefasciatus的成虫耐热性的影响。我们的结果揭示了明显的性别二态性和与年龄相关的耐热性下降，但急性热处理在不同测试中的效果并不一致。我们还评估了雌性父母代急性热暴露的跨代效应
结论
我们的研究强调了在预测热应力对蚊子的影响时，需要仔细考虑特定情境下的热处理模式和性别二态性。将物种、性别和特定情境下的热响应纳入蚊子分布和适应性的模型中是必不可少的（Couper等人，2025年），因为蚊子的整体适应性（Bagni等人，2024年；Ciota等人，2014年）和媒介生物学（Onyango等人，2020年；Paaijmans等人
CRediT作者贡献声明
阿佩克莎·L·瓦鲁萨维塔纳（Apeksha L Warusawithana）：写作——审阅与编辑，撰写初稿，可视化，方法学，调查，正式分析，数据管理，概念化。阿里·A·霍夫曼（Ary A Hoffmann）：写作——审阅与编辑，撰写初稿，监督，资金获取，正式分析，概念化。贝琳达·范赫尔瓦登（Belinda van Heerwaarden）：写作——审阅与编辑，撰写初稿，监督，方法学，资金获取，正式分析，概念化。佩兰·A·罗斯（Perran A Ross）：写作——
未引用的参考文献
Carrington等人，2013年；Gross等人，2009年；RStudio团队，2024年。
伦理批准
在成年志愿者前臂上进行蚊子吸血实验已获得墨尔本大学人类伦理委员会的批准（项目ID 28583）。
数据可用性
所有数据可在Figshare上找到，网址为10.6084/m9.figshare.30123814
资金支持
A.L.W.获得了墨尔本研究奖学金的支持。B.v.H.获得了由澳大利亚研究委员会资助的未来研究员奖学金（FT200100025），该奖学金由澳大利亚政府提供。A.A.H.获得了Wellcome Trust的奖项（108508，226166）。P.A.R.获得了由澳大利亚研究委员会提供的发现早期职业研究员奖（DE230100067），该奖项也由澳大利亚政府资助。
致谢：
我们感谢Leon Hugo和Scott Ritchie提供用于研究的蚊子种群。我们还要感谢Miriama Pek?anská、Ella Yeatman和Mel Berran在实验中提供的技术支持。
