苯甲醛通过调控TcAOX3介导的免疫与消化功能增强赤拟谷盗杀虫效能的分子机制研究

本研究针对醛类杀虫剂抗性机制不清的科学问题，通过RNA-seq分析与杀虫效价实验相结合，揭示TcAOX3基因在赤拟谷盗中对苯甲醛解毒的关键作用。研究发现敲低TcAOX3可降低免疫消化相关蛋白酶表达，使苯甲醛杀虫效果提升20%，并通过分子对接证实其结合位点与结合能（ΔG=?24.23 kJ/mol），为绿色杀虫剂靶向筛选提供理论依据。

　　

在全球粮食储存领域，赤拟谷盗（Tribolium castaneum）作为一种破坏性极强的害虫，长期威胁粮食安全。目前防治主要依赖化学杀虫剂，但害虫抗药性问题日益严重。特别是醛类化合物，虽然具有一定的杀虫潜力，但昆虫体内存在的醛氧化酶（aldehyde oxidase, AOX）能够降解这类物质，从而显著降低杀虫效果。然而，AOX在害虫抗性中的具体分子机制，尤其是如何参与免疫与代谢调节，学界仍知之甚少。为此，来自国内的研究团队以赤拟谷盗为模型，聚焦其醛氧化酶基因TcAOX3，试图揭示苯甲醛杀虫作用的分子基础，相关成果发表在《Genomics》上。

为解析这一机制，研究人员采用了多种关键技术：首先通过RNA干扰（RNAi）技术敲低TcAOX3基因表达，观察表型变化；接着利用RNA-seq转录组测序分析基因表达差异；采用杀虫效价实验评估苯甲醛对害虫的致死效果；通过分子 docking 模拟小分子与蛋白的结合模式；并借助等温滴定量热法（ITC）测定结合常数和热力学参数。所有实验均以赤拟谷盗幼虫为研究对象。

研究结果显示，敲低TcAOX3后，幼虫体内两类关键蛋白的表达显著下调：类胰蛋白酶5B前体（chymotrypsin-like proteinase 5B precursor）和丝氨酸蛋白酶P40（serine protease P40）。这两种蛋白酶均与昆虫的免疫应答和消化功能密切相关，表明TcAOX3很可能通过调节这些生理过程影响害虫对醛类物质的耐受性。进一步的杀虫实验证实，TcAOX表达降低后，苯甲醛对赤拟谷盗的杀虫效果提高了约20%，显著增强了其生物活性。

分子层面的机制探索通过分子对接与等温滴定量热实验展开。研究发现，苯甲醛与TcAOX3蛋白的结合涉及多个关键氨基酸残基，包括Val761、Tyr558、Met562、Ile559、Gln557、Arg763和Arg762。结合自由能（ΔG）低至?24.23 kJ/mol，表明二者之间存在较强的自发结合 affinity。这一结果从结构生物学角度解释了TcAOX3如何直接参与苯甲醛的解毒过程。

研究结论部分强调，TcAOX3不仅参与昆虫对醛类杀虫剂的代谢解毒，还间接调控免疫与消化相关基因的表达，从而影响害虫的整体抗性。这一发现为理解昆虫抗药性提供了新的视角，同时揭示了TcAOX3作为绿色杀虫剂研发潜在靶点的重要价值。讨论中进一步指出，针对AOX的抑制剂设计有望成为新一代害虫治理策略的核心，减少化学农药的过度使用，为农业可持续发展提供理论支持和技术途径。