自噬参与生物防治剂 GC16 对葛氏叶螨毒性的分子机制解析 —— 基于转录组和蛋白质组学研究

为探究新型生物农药 GC16 对葛氏叶螨（Tetranychus pueraricola）的杀螨机制，研究人员运用转录组和蛋白质组学技术开展研究。结果发现自噬参与 GC16 对葛氏叶螨的毒性过程，且可能由 Ca2+激活。该研究为 GC16 的田间应用提供理论依据。

　　在农业生产的大舞台上，葛氏叶螨（Tetranychus pueraricola）可谓是个 “大反派”。它广泛分布于中国和日本，严重威胁着当地农业，尤其是给中国西南地区的农作物带来了巨大的经济损失。为了对付这个 “害虫”，化学农药曾是常用手段，然而长期使用化学农药导致叶螨产生抗药性，还对农业生态系统和人类健康造成危害。因此，开发新型生态杀螨剂迫在眉睫。

GC16 作为一种新型环保农药，由 55% 卵磷脂（大豆提取物）和 45% 氯化钙（CaCl₂）组成，在控制叶螨、蓟马和粉虱方面展现出一定潜力，目前正在中国 15 个省份进行田间试验。尽管此前研究探索了 GC16 对葛氏叶螨的杀螨活性和生理机制，但它的分子作用机制仍是个谜。在这样的背景下，云南大学、云南农业大学等研究机构的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《BMC Genomics》上。

研究人员主要运用了转录组测序（RNA-seq）和无标记定量液相色谱 - 质谱联用（LC/MS）蛋白质组学技术。首先，他们从云南澜沧县的中药材种植区采集葛氏叶螨，在温室中饲养。之后，选取健康的雌性叶螨，分别用 GC16（2.10mg/mL，LC₅₀）、CaCl₂（0.95mg/mL）、卵磷脂（1.15mg/mL）和水（对照）处理，用于后续的各项分析。

转录组分析方面，研究人员对处理后的叶螨进行转录组测序，共获得 74.64GB 的清洁数据，且数据质量高。通过分析发现，GC16 处理组与对照组相比，有 2717 个差异表达基因（DEGs），其中 1338 个上调，1379 个下调。基因本体（GO）富集分析显示，这些 DEGs 显著富集在核糖体相关功能以及酰胺和肽的代谢与生物合成过程等方面，表明 GC16 影响叶螨的细胞器，尤其是核糖体，以及相关化合物的代谢和生物合成。京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析表明，DEGs 在核糖体、内吞作用、自噬等多种途径显著富集，暗示自噬可能参与 GC16 的杀螨活性。

蛋白质组分析中，共鉴定出 3277 种蛋白质。主成分分析（PCA）结果显示，GC16 处理组和对照组的蛋白质表达存在明显差异。进一步分析发现，GC16 处理组与对照组相比，有 374 个差异表达蛋白（DEPs），其中 338 个上调，36 个下调。GO 富集分析表明，这些 DEPs 在结合功能相关的类别中显著富集。KEGG 富集分析显示，DEPs 在自噬、细胞凋亡等多个途径富集，说明 GC16 影响叶螨的自噬和细胞凋亡过程。

在对关键途径中 DEGs 和 DEPs 表达的研究中，转录组分析发现，GC16 处理上调了氧化磷酸化途径中所有 DEGs 的表达，同时在自噬途径中，抑制了泛素样结合酶 ATG3、泛素样修饰激活酶 ATG7 等基因的表达，上调了微管相关蛋白 1A/1B 轻链 3A（LC3）的表达。蛋白质组分析表明，GC16 处理上调了自噬、线粒体自噬、细胞凋亡和坏死性凋亡相关的大多数 DEPs 的表达，表明 GC16 通过干扰这些途径破坏细胞稳态。

为了进一步验证 GC16 诱导自噬的现象，研究人员进行了透射电子显微镜（TEM）观察、免疫荧光测定和蛋白质免疫印迹分析。TEM 观察发现，GC16 或卵磷脂处理组的叶螨中自噬体和自噬溶酶体的数量比对照组更多，表明 GC16 能触发叶螨自噬。免疫荧光测定和蛋白质免疫印迹分析显示，GC16 处理显著增强了昆虫 Sf9 细胞中自噬蛋白 LC3 的相对表达，促进了自噬体的形成，说明 GC16 能诱导 Sf9 细胞自噬。

此外，研究人员还检测了 GC16 处理后 Sf9 细胞内活性氧（ROS）水平、细胞凋亡情况和细胞内 Ca²⁺浓度（[Ca²⁺] i）。结果发现，GC16 处理后，Sf9 细胞内 ROS 水平随处理时间增加而升高，细胞凋亡率显著增加，[Ca²⁺] i 水平显著升高，分别是对照组的 2.30 倍或 2.82 倍（GC16 或 CaCl₂处理组）。

综合上述研究结果，研究人员得出结论：自噬参与了 GC16 对葛氏叶螨的毒性过程，且可能由升高的 Ca²⁺水平激活。GC16 处理导致叶螨细胞内 Ca²⁺过载，产生 ROS，进而激活自噬，最终导致细胞凋亡。这项研究为进一步研究葛氏叶螨以及利用 GC16 控制叶螨提供了重要的理论基础，有助于推动可持续农业的发展，为新型生物农药的研发和应用提供了新的思路和方向。