LdCP1介导的体壁防御：揭示舞毒蛾幼虫应对高温胁迫的关键机制

《Journal of Thermal Biology》：Response strategy of Lymantria dispar (Lepidoptera) larvae to high temperature stress: body wall defense mediated by LdCP1

本研究针对全球变暖背景下害虫高温耐受机制不清的问题，通过探究LdCP1基因在舞毒蛾幼虫体壁防御形成中的作用，发现该基因通过调控表皮层状结构、几丁质排列合成及表皮鞣化等关键通路，显著增强幼虫高温耐受性。研究为昆虫应对高温胁迫的分子机制提供了新见解，对害虫防治具有重要理论意义。

　　

随着全球气候变暖趋势加剧，高温胁迫已成为影响农林害虫分布与暴发的关键生态因子。据国际应用生物科学中心（CABI）数据库统计，全球主要植物害虫多达4,596种，而气候变暖不仅加速害虫代谢速率、缩短发育周期，更推动其分布范围向高纬度扩张。例如在我国，气候变暖已导致松毛虫属害虫栖息地北移，对北方森林构成严重威胁。面对高温胁迫，昆虫演化出多层次防御策略：行为上通过迁移避热，生理上激活热休克蛋白（HSP）基因表达与抗氧化系统，形态上则依赖体壁这一物理屏障隔绝高温、减少水分流失。然而，关于重要林业害虫舞毒蛾幼虫如何通过体壁防御机制应对高温胁迫，其分子机理尚不明确。

为解决这一科学问题，东北林业大学研究团队在《Journal of Thermal Biology》发表研究，系统揭示表皮蛋白基因LdCP1介导舞毒蛾幼虫高温耐受性的关键作用。研究人员首先评估不同龄期幼虫在42℃高温下的生存率，发现随龄期增长，幼虫中位致死时间显著延长（2龄2.5小时至5龄5小时），证明其具备较强高温适应性。通过转录组测序技术筛选幼虫表皮高表达基因，锁定LdCP1为表达量最高的表皮蛋白基因。利用RNA干扰技术沉默LdCP1后，高温胁迫下幼虫死亡率显著上升，细胞凋亡水平加剧。分子机制研究表明，LdCP1沉默导致抗氧化防御基因（LdSOD、LdPOD）和热应激蛋白基因（LdHSP60、LdHSP70）表达下调。形态学观察进一步发现，基因沉默幼虫表皮层状结构模糊、厚度减少，气管几丁质排列出现褶皱凹陷。生化分析显示，LdCP1沉默幼虫的几丁质含量、几丁质合成基因（LdCHS1、LdTre1）及表皮鞣化基因（LdTH、LdDOPA）表达均显著降低。

昆虫饲养

实验所用舞毒蛾卵块采集自哈尔滨地区，幼虫采用中国林科院配制的人工饲料喂养，成分包含小麦胚芽、蔗糖、酪蛋白等标准化营养物质。

高温胁迫下不同龄期舞毒蛾幼虫存活率

通过42℃高温处理发现，幼虫耐热性随龄期递增，中位致死时间从2龄2.5小时延长至5龄5小时（χ2₍₃₎=525.4, P<0.001），证明发育阶段是影响耐热性的关键因素。

关键表皮蛋白基因筛选

转录组测序产生40,820,840条有效数据，质量值Q20高于98.3%，鉴定出LdCP1为幼虫表皮中表达最显著的表皮蛋白基因。

讨论

研究证实高温是驱动害虫暴发的重要 abiotic 因子，舞毒蛾幼虫高达81.7%的2小时高温存活率凸显其强适应力。LdCP1通过维持表皮完整性、调控几丁质代谢与鞣化过程，构建多层次防御网络，为理解昆虫气候适应性进化提供新视角。

结论

LdCP1介导的体壁防御是舞毒蛾幼虫抵御高温胁迫的核心机制，该基因通过协调抗氧化、热休克蛋白应答及细胞凋亡等通路，增强生物体整体耐热性。研究成果为害虫种群动态预测及绿色防控策略制定提供理论依据。

基金信息与致谢

本研究获黑龙江省重点研发计划项目（GZ20220087）资助。

作者贡献声明

闫善春与蒋敦负责课题设计与资金支持，马园园完成实验设计与论文撰写，张奥迎、王颖等参与数据采集与分析。

数据可用性

研究过程中生成的数据集已包含在补充材料中。

利益冲突声明

所有作者声明无利益冲突。