在Frankliniella occidentalis的不同发育阶段，对16个热休克蛋白（HSP）基因的温度依赖性表达谱进行了分析

《Journal of Thermal Biology》：Temperature-dependent expression profiling of 16 HSP genes across developmental stages in Frankliniella occidentalis

热休克蛋白（HSPs）在西方花缨小蜂温度适应中发挥关键作用，研究系统分析了16种HSPs（涵盖HSP70/90/60/40、sHSP及Hop家族）在二龄幼虫、蛹和成虫阶段的温度响应特征，发现发育阶段特异性HSPs表达模式与能量分配策略相关，不同阶段热敏感性及调控基因存在差异，并揭示HSPs协作网络：sHSPs稳定错误折叠蛋白，HSP70/HSP40与HSP90协同完成ATP依赖性重折叠修复，HSP60/HSP10介导线粒体蛋白组装。该研究为温度调控的害虫防控提供理论依据。

　　本研究围绕一种重要的全球性入侵害虫——西方花蓟马（*Frankliniella occidentalis*）的热休克蛋白（HSP）系统展开，探讨其在不同发育阶段对温度变化的响应机制。作为ectothermic动物，昆虫的体温依赖于外界环境，因此它们对温度波动极其敏感。为了适应各种温度压力，昆虫发展出了一系列复杂的生理、生化和分子机制，其中HSP系统被认为是核心的细胞防御机制之一。HSPs在维持蛋白质稳态、免疫协调、生长调控和滞育调控等方面发挥着重要作用，是昆虫应对环境胁迫的关键因子。

HSPs可以分为多个亚家族，包括小HSP（sHSPs）、HSP40、HSP60、HSP70、HSP90和HSP100，这些亚家族在结构、功能和表达模式上既有共性也有差异。sHSPs主要负责在温度升高时防止蛋白质不可逆变性，它们能够将变性的蛋白质保持在可折叠状态，并将其传递给其他HSPs进行协同折叠。HSP70和HSP40则通过ATP依赖的方式协助蛋白质重新折叠，而HSP90则在细胞信号传导、细胞骨架动态和遗传变异调控中起关键作用。此外，HSP60在细胞膜稳定性方面发挥重要作用，尤其是在低温条件下增强昆虫的抗寒能力。Hop作为HSP90和HSP70之间的连接蛋白，协调它们之间的相互作用，形成一个完整的HSP调控网络。

西方花蓟马因其对环境的高适应性而成为一种极具破坏性的害虫。它们不仅能够直接损害作物，还能传播植物病毒，导致严重的经济损失。该物种对非生物（尤其是温度）和生物胁迫具有极强的耐受性，这使其在全球范围内广泛分布。因此，了解其HSP系统的响应特性对于预测其潜在栖息地和制定有效的控制策略具有重要意义。本研究首次系统地分析了16种HSP基因（包括Hsp70、Hsp90、Hsp60、Hsp40、Hop和sHSP家族）在二龄幼虫、蛹和成虫阶段的温度响应特征。通过qRT-PCR技术，研究人员在-10至41°C的温度梯度下检测了这些基因的表达模式，并统计确定了每种基因的起始应激温度（T_on）和最大表达温度（T_max）。

研究发现，不同发育阶段的HSP基因表达模式反映了昆虫在发育需求和应激防御之间的动态能量分配。例如，在高温条件下，某些HSP基因的表达水平显著上升，表明它们在应对热应激时发挥了重要作用。而在低温条件下，另一些HSP基因则表现出更高的表达活性，这可能与它们在维持细胞稳态中的作用有关。此外，发育阶段之间的热响应范围差异也揭示了不同基因在应激敏感性和功能上的多样性。一些基因在所有发育阶段均表现出稳定的表达，而另一些则在特定阶段对温度变化更加敏感。

HSPs根据其在正常条件下的表达水平分为组成型和可诱导型。组成型HSPs在昆虫体内持续高表达，参与维持正常的生理活动。例如，*Fohsc701*作为一种组成型HSP，可能在昆虫的生长发育过程中起到基础性作用。相比之下，可诱导型HSPs在正常条件下表达水平较低，但在环境胁迫下会被显著激活。例如，*FoHSP70*在温度升高时表达量增加，表明其在应对高温胁迫中具有关键作用。这种功能上的分工使得HSP系统能够在不同环境下有效协调应激反应，确保昆虫的生存和繁殖。

在分子机制方面，HSP70与HSP40之间的相互作用是其发挥功能的重要前提。HSP70通过与HSP40结合，激活其ATP酶活性，从而协助蛋白质的修复和重新折叠。HSP90则与HSP70协同作用，参与细胞信号传导和蛋白质再激活过程。Hop作为连接蛋白，协调HSP90和HSP70之间的相互作用，确保它们在应激反应中的有效协作。这些复杂的相互作用形成了一个多层次的HSP调控网络，使得昆虫能够灵活应对各种温度变化。

sHSPs的功能机制与上述HSPs有所不同。它们在不依赖ATP的情况下即可发挥作用，通常作为第一道防御屏障，防止蛋白质在高温下发生不可逆变性。sHSPs能够稳定变性蛋白质，维持其折叠能力，并将其传递给其他HSPs进行进一步处理。这种独立于ATP的功能特性使得sHSPs在应激反应中具有独特的地位。此外，sHSPs还可能参与细胞内的信号传递，例如在免疫反应或疾病抗性中发挥作用。

HSP60的功能则主要局限于线粒体中，它需要与HSP10协同作用，并依赖ATP才能发挥功能。HSP60在维持细胞膜稳定性方面表现出重要作用，尤其是在低温条件下，它能够增强昆虫的抗寒能力。此外，HSP60还可能作为分子信号，参与疾病抗性信号的传递过程。这些功能特性表明，HSP60在昆虫的生理调节和应激防御中具有不可替代的作用。

在本研究中，研究人员还发现，HSPs的表达模式与昆虫的发育阶段密切相关。例如，某些HSP基因在二龄幼虫阶段表现出较高的表达水平，而在蛹和成虫阶段则有所下降。这种阶段特异性表达可能反映了昆虫在不同发育阶段对温度变化的不同需求。二龄幼虫处于快速生长阶段，对温度波动可能更为敏感，因此需要更多的HSP参与应激防御。蛹阶段则可能更关注于组织重塑和细胞结构的稳定，而成虫阶段则需要应对更复杂的环境压力，如觅食、交配和繁殖等。

此外，研究还揭示了HSPs在昆虫不同生理功能中的潜在作用。例如，HSP70不仅参与蛋白质稳态的维持，还可能在免疫反应和生殖发育中发挥作用。在某些昆虫中，HSP70被发现与嗅觉和味觉功能相关，这可能与昆虫在不同温度条件下的行为适应有关。HSP90则可能在细胞骨架动态、细胞形态发生和信号传导过程中发挥重要作用，这些功能对于昆虫在不同环境中的生存和适应至关重要。

研究结果表明，HSP系统在西方花蓟马的温度适应中扮演着核心角色。通过系统分析不同发育阶段的HSP基因表达模式，研究人员不仅揭示了这些基因在应激反应中的动态变化，还为理解昆虫的温度适应机制提供了新的视角。这些发现对于预测西方花蓟马的潜在栖息地和制定基于温度的控制策略具有重要价值。例如，通过调控环境温度，可以抑制HSPs的表达，从而降低昆虫的生存能力，为害虫管理提供新的思路。

值得注意的是，本研究中使用的HSP基因序列和qPCR引物均来自已发表的文献，确保了实验的可重复性和数据的可靠性。实验过程中，研究人员在相同的温度梯度条件下对不同发育阶段的昆虫进行了系统分析，排除了环境因素对结果的干扰。这种标准化的实验设计使得研究结果更具普遍性，能够为其他昆虫的HSP研究提供参考。

总体而言，本研究通过系统分析西方花蓟马的HSP系统，揭示了其在不同发育阶段对温度变化的响应机制。这些发现不仅有助于理解昆虫的温度适应策略，还为害虫控制提供了理论依据。随着全球气候变化的加剧，昆虫的温度适应能力可能变得更加重要，因此对HSP系统的深入研究具有现实意义。未来的研究可以进一步探讨不同HSPs之间的相互作用机制，以及它们在昆虫适应不同环境条件中的具体作用。这将有助于开发更有效的害虫控制方法，减少其对农业生产的威胁。