β2-微管蛋白调控草地贪夜蛾有核精子发育与迁移的机制及其在害虫遗传防控中的应用

为解决鳞翅目害虫草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）的防控难题，南京农业大学等团队聚焦β2-微管蛋白（B2t）在精子二型性（eupyrene/apyrene sperm）发育中的作用。通过CRISPR/Cas9基因编辑技术，发现B2t缺失导致有核精子（eupyrene）发育异常和迁移失败，首次揭示其通过抑制二次野生型雄性受精实现种群抑制。该研究为害虫遗传防控技术（如SIT）提供了新靶点，发表于《Cellular and Molecular Life Sciences》。

　　

论文解读

在鳞翅目昆虫的繁殖策略中，雄性睾丸会同时产生两种功能迥异的精子：携带遗传物质的有核精子（eupyrene sperm）和无核精子（apyrene sperm）。这种独特的精子二型性现象使得其生殖调控机制远比普通昆虫复杂。草地贪夜蛾作为全球性入侵害虫，其强大的繁殖力和抗药性使传统防控手段收效甚微。尽管已有研究在模式生物家蚕中发现PNLDC1、Sxl等基因参与精子发育，但微管骨架核心组分β²-微管蛋白（B2t）在鳞翅目精子二型性中的作用仍是未解之谜。

为破解这一科学难题，南京农业大学、中央大学等机构的研究团队在《Cellular and Molecular Life Sciences》发表重要成果。研究通过CRISPR/Cas9基因编辑构建B2t突变体，结合荧光标记、行为学分析和数学模型，首次揭示B2t特异性调控有核精子的发育与迁移，并创新性提出基于该靶点的遗传防控策略。

关键技术方法
研究采用CRISPR/Cas9系统靶向敲除B2t基因外显子区域，通过多代杂交获得纯合突变体；利用TRITC-鬼笔环肽和DAPI双染技术观察精子形态；通过双轮交配实验评估精子竞争效应；结合笼养试验和Beverton-Holt种群模型预测释放不育雄虫的防控效果。

研究结果

FAW展示交配后响应与多次交配行为
研究发现雌蛾交配48小时内再交配率显著降低，但73%个体仍存在多次交配行为。有趣的是，多次交配并未提升雌虫繁殖力或寿命，反而缩短其生存期，这一发现为后续不育雄虫释放策略提供行为学基础。

B2t突变导致雄性不育
通过系统发育分析确认FAW的B2t与家蚕同源蛋白高度保守（相似度>95%）。敲除B2t后，突变雄虫与野生型（WT）雌虫交配产生的卵孵化率为零。RT-PCR显示B2t仅在睾丸特异性表达，其缺失导致编码蛋白截短至200个氨基酸，功能完全丧失。

B2t对有核精子发育和迁移至关重要
荧光显微观察揭示：B2t^-/-雄虫有核精子束尾部发育异常，细胞核排列松散（图3A），而无核精子形态未受影响（图3B）。进一步发现突变体有核精子无法从睾丸迁移至双射精管（图5A），交配后雌虫受精囊仅检测到无核精子（图5E）。这表明B2t通过维持微管骨架完整性保障有核精子迁移。

首次交配B2t^-/-雄虫抑制二次野生型受精
突破性发现：雌虫先与B2t^-/-雄虫交配后，即使再与WT雄虫交配，75%个体仍无法产生后代（图6F）。机制上，突变雄虫转移的无核精子和精液蛋白可能通过占据受精通道或引发精子竞争，显著抑制二次受精效率。

释放B2t^-/-雄虫可抑制笼养种群
竞争交配实验显示B2t^-/-雄虫与WT雄虫交配成功率无差异（51.47% vs 47.30%）。当释放比例为10:1时，卵孵化率从90.43%骤降至9.58%（图7C）。数学模型预测每周释放10倍不育雄虫可在10周内根除种群（图8）。

结论与意义
该研究首次阐明B2t在鳞翅目精子二型性中的特异性调控机制，揭示其缺失通过"精子竞争抑制"效应降低种群适合度。相较于传统辐射不育技术，基于B2t靶点的精准遗传防控（pgSIT）具有不育性稳定、无辐射残留等优势。研究为开发草地贪夜蛾绿色防控技术提供理论支撑，也为其他鳞翅目害虫治理策略设计提供范式。未来需通过田间试验验证释放参数，并探索精液蛋白与无核精子的协同抑制机制。