小麦害虫Eurygaster integriceps的生殖滞育调控机制：基于JH-Met-Vg通路的组织特异性转录组与内分泌特征解析

《Scientific Reports》：Tissue-specific transcriptomic and endocrine signatures of obligatory reproductive diapause in Eurygaster integriceps

本研究针对半翅目重要害虫Eurygaster integriceps（小麦盾蝽）的强制性生殖滞育机制尚不明确的问题，通过对其脑组织（含咽侧体和心侧体）及脂肪体进行转录组分析，首次系统揭示了保幼激素（JH）信号通路关键基因JHAMT、Met和卵黄原蛋白（Vg）在滞育与生殖激活阶段的动态表达模式。研究发现，JHAMT（保幼激素酸甲基转移酶）、Met（保幼激素受体）和Vg在生殖期显著上调，滞育期则被抑制，表明JH-Met-Vg通路是调控该物种强制性滞育的核心枢纽。该研究为RNAi靶向防控提供了新思路，并为昆虫滞育进化研究提供了重要模型。

　　

在温带和干旱生态系统中，昆虫如何协调发育与繁殖以应对季节性环境变化，一直是进化生物学和农业害虫防控领域的核心问题。滞育（diapause）作为一种激素调控的发育停滞状态，是昆虫抵御不良环境的关键策略。其中，强制性生殖滞育（obligatory reproductive diapause）作为一种不受环境信号诱导、由遗传程序固定的滞育类型，在一年一代（univoltine）的昆虫中尤为常见，但其分子调控机制却远未明晰。小麦害虫Eurygaster integriceps（半翅目：盾蝽科）是西亚和中亚地区小麦和大麦的重要害虫，其每年从夏初至冬末经历漫长的生殖滞育期，这种固定的滞育策略使其能够与谷类作物的生长周期同步，但也给害虫防治带来了巨大挑战。尽管其经济意义重大，但调控其滞育和生殖激活的内分泌与转录组机制，尤其是在脑（含咽侧体和心侧体）和脂肪体等关键激素调控组织中的变化，仍知之甚少。

为了揭示E. integriceps强制性生殖滞育的分子基础，由Zeynab Alborzi、Azam Amiri、Maria Dolors Piulachs和Ali R. Bandani组成的研究团队，在《Scientific Reports》上发表了题为"Tissue-specific transcriptomic and endocrine signatures of obligatory reproductive diapause in Eurygaster integriceps"的研究论文。该研究通过对生殖活跃期雌虫的脑和脂肪体组织进行RNA-seq转录组测序、de novo拼接和功能注释，成功构建了高质量的组织特异性转录组数据库。研究人员进一步聚焦保幼激素（Juvenile Hormone, JH）信号通路，克隆并鉴定了关键基因JHAMT、Methoprene-tolerant（Met）和Vitellogenin（Vg）的全长cDNA序列，并通过qPCR技术分析了它们在滞育（1月、6月、8月）和生殖激活期（3月）的动态表达模式。

主要技术方法概述

研究采集了伊朗阿尔博兹省小麦田处于非滞育期的E. integriceps雌性成虫。分别提取其脑组织（含咽侧体和心侧体）和脂肪体的总RNA，利用Illumina NovaSeq 6000平台进行双端测序。使用Trinity软件对高质量 reads 进行de novo拼接，并通过BUSCO评估转录组完整性。利用BLAST、OrthoVenn2等工具进行序列注释和同源聚类分析。通过qPCR（以18S rRNA为内参）定量JHAMT、Met和Vg基因在四个季节时间点的表达量，采用2^–ΔΔCt方法计算相对表达量，并进行统计学分析。

转录组测序与质量评估

对脑和脂肪体组织的RNA-seq数据分析分别获得了49,653,846和61,490,618条高质量清洁读长。de novo组装后，脑和脂肪体转录组分别包含12,557和15,684个重叠群（contigs），N50值分别为1,431 bp和1,618 bp。BUSCO完整性评估显示，分别有81.6%和86.5%的核心昆虫直系同源基因在这两个组织的组装结果中是完整的，表明组装质量较高。

同源聚类分析

将E. integriceps的预测蛋白组与Rhodnius prolixus、Halyomorpha halys和Cimex lectularius这几种半翅目昆虫的蛋白组进行OrthoVenn2同源聚类分析。结果显示，四物种共享6,420个核心基因簇，而E. integriceps有1,851个特有基因簇，提示该物种可能存在一些独特的调控基因。

E. integriceps JHAMT、Met和Vg的序列分析

研究人员成功获得了JHAMT（OQ909172.1）、Met（OQ909173.1）和Vg（OQ909174.1）的全长cDNA序列。EiJHAMT编码一个278个氨基酸的胞质蛋白，包含保守的S-腺苷甲硫氨酸依赖的甲基转移酶结构域和SAM结合位点（Motif I: VMDVGCGPGD）。EiMet编码一个665个氨基酸的核蛋白，包含典型的bHLH、PAS-A和PAS-B结构域。EiVg编码一个1708个氨基酸的分泌蛋白，其N端预测有信号肽，并包含LPD_N、VWFD和DUF1943等结构域，具备RXXR、GL/ICG等保守 motifs。系统发育分析表明，这三个基因均与近缘半翅目昆虫的对应基因亲缘关系最近。

JHAMT、Met和Vg在生命周期中的表达模式

qPCR表达分析揭示了这三个基因在滞育和生殖周期中高度同步的转录动态。在脑组织中，JHAMT的表达在生殖期（3月）显著高于滞育期（1月、6月、8月）。在脂肪体中，Met和Vg的表达也显示出类似模式，均在3月（成虫从越冬地迁入农田，开始繁殖）达到峰值。具体而言，与1月（冬季滞育期）相比，3月脑组织中JHAMT表达量极显著升高，而6月（滞育期）和8月（滞育期）则显著降低。脂肪体中Met的表达在3月比1月高约6倍，6月表达量虽高于1月，但显著低于3月。Vg的表达在3月脂肪体中达到最高，而在6月和8月的滞育雌虫中表达水平最低。这些结果清晰地表明，JHAMT、Met和Vg的转录水平在生殖激活期上调，在滞育期受到抑制。

研究结论与意义

本研究通过组织特异性转录组分析和时间动态表达谱，首次在分子水平揭示了E. integriceps强制性生殖滞育的内分泌调控核心机制。研究结果表明，滞育并非一个静止的状态，而是一个受到JH-Met-Vg通路精密调控的动态发育程序。JHAMT表达的抑制直接导致JH合成的减少，进而通过其受体Met介导的信号减弱，最终抑制了卵黄原蛋白Vg的合成，导致生殖停滞。这种协调的转录下调是维持滞育状态的关键。相反，滞育的解除则伴随着该通路的再激活。

该研究的重要意义在于：首先，它为理解昆虫强制性滞育的进化提供了重要的分子模型，表明这种固定策略可能通过重新配置内分泌层级而非完全关闭通路来实现。其次，研究鉴定出的JHAMT、Met和Vg等关键基因，为开发针对该重大农业害虫的RNA干扰（RNAi）或内分泌干扰型防治策略提供了潜在的分子靶点。通过干扰这些基因的表达，有可能破坏其滞育周期，从而有效地控制其种群数量。总之，这项研究不仅增进了我们对昆虫季节性适应机制的基础认识，也为开发新型、可持续的害虫防控技术奠定了坚实的科学基础。