近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心）農(nóng)業(yè)昆蟲基因組學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在《通訊生物學(xué)（Communications Biology）》期刊上發(fā)表了題為“The Spodoptera frugiperda L-aminoacylase degrades fatty acid-amino acid conjugates and promotes larvae growth on Zea mays”的研究論文。該研究基于草地貪夜蛾幼蟲取食玉米后的唾液腺轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，鑒定了幼蟲口腔分泌物（Oral secretions, OS）中一個(gè)能特異性降解植食性昆蟲相關(guān)信號分子的L-氨基酸酰化酶（SfruACY），闡明了草地貪夜蛾幼蟲“逃逸”玉米誘導(dǎo)型防御的分子機(jī)制。這一研究發(fā)現(xiàn)為草地貪夜蛾對玉米的寄主適應(yīng)性分子機(jī)制提供了新見解，為草地貪夜蛾綠色防控鑒定了潛在的靶標(biāo)基因。

草地貪夜蛾（Spodoptera frugiperda）是近年入侵我國的重大農(nóng)業(yè)害蟲，其憑借驚人的擴(kuò)散速度和強(qiáng)大的繁殖能力，對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與糧食安全造成了重大威脅，是我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部認(rèn)定的一類農(nóng)業(yè)害蟲。玉米（Zea mays）是我國最為重要的糧食作物之一，年種植面積超4.47×107 hm(2)，產(chǎn)量約2.9×108 t。研究表明，草地貪夜蛾對玉米具有明顯的取食偏好性和寄主適應(yīng)性。因此，解析草地貪夜蛾對玉米的寄主適應(yīng)性分子機(jī)制，對于草地貪夜蛾綠色高效防治、保障玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義。

本研究通過對比分析草地貪夜蛾幼蟲取食人工飼料和玉米B73的唾液腺轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)氨基酸酰化酶編碼基因SfruACY在幼蟲取食玉米葉片后顯著上調(diào)表達(dá)。基于氨基酸酰化酶的生理活性，研究團(tuán)隊(duì)利用大腸桿菌介導(dǎo)的蛋白原核表達(dá)系統(tǒng)獲取了SfruACY-GST重組蛋白。體外酶活性試驗(yàn)表明該蛋白可以降解幼蟲OS中三種脂肪酸-氨基酸偶聯(lián)物（Fatty acid-amino acid conjugates, FACs）。這些FACs分子是經(jīng)典的植食性昆蟲相關(guān)分子模式，是激活植物誘導(dǎo)型防御響應(yīng)的重要信號分子。隨后，研究團(tuán)隊(duì)利用CRISPR/Cas9技術(shù)構(gòu)建了SfruACY(-/-)突變體蟲系。與野生型幼蟲相比，突變體幼蟲OS中的FACs含量顯著提升。同時(shí)，初孵幼蟲生物測定試驗(yàn)表明突變體幼蟲在人工飼料上生長正常，但在玉米上生長顯著受限。為進(jìn)一步證實(shí)SfruACY(-/-)突變體幼蟲在玉米上的生長受限表型與玉米誘導(dǎo)型防御響應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)，研究團(tuán)隊(duì)比較分析了野生型和SfruACY(-/-)突變體幼蟲分別取食24h后的玉米葉片轉(zhuǎn)錄組。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)玉米葉片被突變體幼蟲取食時(shí)，響應(yīng)茉莉酸、脫落酸和乙烯等三種植物防御激素相關(guān)基因的表達(dá)水平顯著高于野生型幼蟲取食的樣本。此外，在機(jī)械損傷后的玉米葉片上涂抹SfruACY(-/-)突變體幼蟲OS所誘導(dǎo)的玉米防御響應(yīng)同樣顯著高于涂抹野生型幼蟲OS的對照組玉米葉片。以上結(jié)果均證明了SfruACY的功能可顯著降低玉米誘導(dǎo)型防御響應(yīng)。

綜上所述，該研究表明草地貪夜蛾幼蟲能夠在取食玉米后提高SfruACY的基因表達(dá)，從而主動(dòng)地降低OS中FACs含量，使玉米的誘導(dǎo)型防御響應(yīng)維持在較低水平，進(jìn)而促進(jìn)幼蟲生長發(fā)育。這一研究結(jié)果表明，植食性昆蟲可通過降低OS中植物防御響應(yīng)激發(fā)子含量提高自身對偏好性植物的寄主適應(yīng)性。

基因組所（大鵬灣實(shí)驗(yàn)室）博士后李彬?yàn)樵撜撐牡谝蛔髡撸豕饦s研究員和周紹群研究員為該論文共同通訊作者；基因組所（大鵬灣實(shí)驗(yàn)室）博士后羅妹（已出站）、澳門大學(xué)博士劉小鳳和中國科學(xué)院昆明植物研究所齊金峰副研究員為項(xiàng)目實(shí)施提供了支持與幫助；中國農(nóng)業(yè)大學(xué)石旺鵬教授為本研究提供了重要指導(dǎo)。該研究得到了深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、深圳市大鵬新區(qū)科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)資金的資助。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s42003-025-08048-1