多组学分析揭示COX6A1和NAL作为小菜蛾丝茧形成的关键调控因子及其在害虫防控中的潜力

《Pesticide Biochemistry and Physiology》：Multi-omics analyses identify the modulators COX6A1 and NAL as regulators of silk cocoon formation in Plutella xylostella

本研究通过整合CRISPR/Cas9基因编辑小菜蛾丝素核心基因（PxFibH/PxFibL/PxP25）突变体的转录组和蛋白质组数据，系统解析了丝蛋白缺失对丝腺代谢网络的影响。研究发现丝素基因通过不同通路调控丝茧形成：FibH主要影响核糖体生物合成和氧化还原稳态，FibL干扰跨膜运输和解毒过程，P25则损害腺体能量代谢。研究进一步鉴定出COX6A1（细胞色素c氧化酶亚基6A1）和NAL（N-乙酰神经氨酸裂解酶）等关键调控因子，为开发环境友好型害虫防控策略提供了新靶点。

　　

亮点

本研究通过多组学分析揭示了小菜蛾丝素基因（FibH/FibL/P25）调控丝茧形成的分子机制，并鉴定出COX6A1和NAL等关键代谢调控因子。

讨论

本研究通过对小菜蛾核心丝素基因（FibH、FibL和P25）进行CRISPR/Cas9敲除，开展了整合多组学分析，揭示了这些基因对丝腺发育、代谢调控和应激适应的特异性影响，同时鉴定了丝蛋白生物合成所必需的保守代谢调控因子。

在PxFibH突变体中，差异表达基因（DEGs）显著富集于氧化还原过程、跨膜运输和酶活性等通路。这些发现表明FibH缺失可能通过破坏核糖体生物发生和氧化还原稳态，损害蛋白质合成并激活降解途径。在PxFibL突变体中，差异表达基因主要涉及跨膜运输和细胞解毒过程，这与FibL在促进丝蛋白正确折叠和分泌中的作用一致。在PxP25突变体中，差异表达基因显著富集于细胞外基质（ECM）受体相互作用和能量代谢通路，表明P25通过调节腺体能量稳态在丝蛋白组装中发挥重要作用。

在蛋白质组水平，三个突变体均显示出能量代谢、水解酶活性和催化活性通路的显著改变，这与转录组数据相互印证。整合分析确定了三个保守的调控基因：细胞色素c氧化酶亚基6A1（COX6A1）、N-乙酰神经氨酸裂解酶（NAL）和蛋白磷酸酶1调控亚基14B（PPP1R14B）。CRISPR/Cas9敲除PxCOX6A1导致茧形成不完全、幼虫死亡率增加、发育期延长和产卵量减少。PxNAL敲除具有致死性，而其杂合子则表现出茧形成能力、蛹重和繁殖力下降。

结论

本研究通过多组学分析揭示了小菜蛾PxFibH、PxFibL和PxP25突变体导致茧形成失败的分子机制。研究发现每个丝素基因通过不同通路破坏丝腺功能：FibH主要损害核糖体生物发生和氧化还原稳态，导致蛋白质合成缺陷和降解；FibL破坏跨膜运输和解毒过程，阻断丝蛋白分泌；P25损害腺体能量代谢，损害丝蛋白组装。这些发现揭示了FibH/FibL/P25依赖的代谢网络调控丝蛋白合成的机制，并鉴定出COX6A1和NAL作为环境可持续害虫防控策略的新靶点。