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在生物防治中，七星瓢虫亚科（Coccinellini）昆虫捕食范围广利弊共存。研究人员开展了其猎物转换机制研究，发现可变剪接（AS）在其中起关键作用。这为评估其生态安全性提供新线索，对生物防治应用意义重大。
在奇妙的昆虫世界里，七星瓢虫亚科（Coccinellini）昆虫可是一群 “明星”。它们大多以蚜虫为食，因此常被人类当作生物防治的 “小能手”，帮助我们对付那些危害庄稼的蚜虫。但这些瓢虫并非只钟情于蚜虫，当蚜虫数量不足时，它们也会 “另寻新欢”，把目标转向其他昆虫，像柑橘粉蚧等。这本是它们的生存策略，可问题也随之而来。部分瓢虫在捕食非目标昆虫时，生长发育会受到影响，而且还可能误伤到本地的一些物种，破坏当地的生物多样性 。
之前，科学家们已经在转录水平上对瓢虫适应不同猎物的机制进行了不少研究，也有了一些收获。然而，基因转录和蛋白质表达之间还有一段 “神秘地带”，那就是转录后调控过程，其中可变剪接（Alternative Splicing，AS）尤为重要。可变剪接就像是一个神奇的 “剪辑师”，能对前体 mRNA 进行不同组合的 “剪辑”，产生多种不同的成熟 mRNA，进而让有限的基因产生出多种多样的蛋白质，极大地增加了蛋白质组的复杂性。在许多昆虫的生长发育、性别决定等过程中，可变剪接都发挥着关键作用。但在七星瓢虫亚科昆虫适应非目标猎物这方面，可变剪接到底扮演着什么角色，却鲜为人知。
为了揭开这个谜团，中山大学深圳校区生态学院等机构的研究人员展开了深入研究。他们以龟纹瓢虫（Propylea japonica）、七星瓢虫（Coccinella septempunctata）和异色瓢虫（Harmonia axyridis）这三种七星瓢虫亚科昆虫为研究对象，利用已有的 RNA - seq 数据，开展了全基因组范围内的可变剪接动态变化研究。研究人员观察这三种瓢虫在从取食天然猎物豆蚜（Megoura japonica）转换到非目标猎物柑橘粉蚧（Planococcus citri）时，可变剪接会发生怎样的变化。最终，研究人员发现，当瓢虫捕食柑橘粉蚧时，三种瓢虫都出现了大量的可变剪接变化。而且，大多数差异剪接基因（Differentially Spliced Genes，DSGs）并没有差异表达，它们参与的生物通路也和差异表达基因（Differentially Expressed Genes，DEGs）不同，这充分表明了可变剪接在功能上具有非冗余性。这些差异剪接基因主要与能量代谢、器官形成与发育、化学感知和免疫反应等过程有关，有助于瓢虫适应猎物转换带来的营养变化和病原体挑战。此外，研究还发现，可变剪接可以通过引入提前终止密码子（Premature Termination Codons，PTCs）来影响蛋白质的结构和功能，并且瓢虫在捕食柑橘粉蚧时，会下调含有 PTCs 的剪接产物，以优化蛋白质表达和能量分配。
这项研究意义重大，它首次揭示了可变剪接重编程在调节七星瓢虫亚科昆虫适应猎物转换过程中的重要作用，为评估它们作为生物防治剂的生态安全性提供了全新的遗传线索，也为进一步探究食蚜瓢虫的进化历史和起源开辟了新的道路。该研究成果发表在《BMC Genomics》上。
研究人员在开展这项研究时，主要运用了以下几种关键技术方法：首先，利用已有的 RNA - seq 数据（BioProject ID：PRJNA549114）进行分析，这些数据来自之前的研究；接着，使用 FastQC 程序评估原始测序数据质量，Trim Galore 软件去除低质量碱基和不合格的测序读段；之后，运用 HISAT2 将处理后的测序数据比对到相应的参考基因组；最后，借助 rMATS 软件来识别可变剪接事件，并对相关基因进行功能富集分析等。
下面来看具体的研究结果：
- 三种七星瓢虫亚科昆虫可变剪接的全基因组特征：研究人员在三种瓢虫取食不同猎物时，对其四龄幼虫进行全基因组可变剪接分析。结果发现，取食蚜虫时，龟纹瓢虫、七星瓢虫和异色瓢虫分别检测到 13408、14283 和 14458 个可变剪接事件。其中，A3SS 是最主要的可变剪接类型。而且，当转换到取食柑橘粉蚧时，龟纹瓢虫的可变剪接事件总数减少，而七星瓢虫和异色瓢虫则有所增加。同时，不同取食条件下，可变剪接片段的包含水平分布相似，剪接位点基序模式也高度一致 。
- 差异剪接调节七星瓢虫亚科昆虫对猎物转换的反应：研究发现，三种瓢虫在两种取食条件下，分别有 863、1087 和 1111 个剪接事件发生显著变化，其中外显子跳跃（SE）事件占比最高。通过 GO 富集分析发现，龟纹瓢虫中更多外显子包含的差异剪接基因主要富集在生长过程、神经和肌肉发育等方面；七星瓢虫的相关基因与肌肉发育、感觉感知等有关；异色瓢虫则涉及肌肉发育、复眼发育等过程。这表明可变剪接重编程在应对猎物转换中起着重要作用。
- 可变剪接在不同七星瓢虫亚科物种间表现出丰富的特异性：猎物转换诱导的差异剪接谱在三种瓢虫间存在很大差异。在更多外显子包含的基因中，三种瓢虫富集的 GO 术语大部分是物种特异性的。以 ABC 转运蛋白基因家族为例，不同瓢虫的可变剪接情况不同，对蛋白质结构和功能产生不同影响，反映出不同瓢虫应对猎物转换的调控机制不同。
- 可变剪接通过引入提前终止密码子影响蛋白质结构和功能：除了外显子跳跃，内含子保留（IR）事件也会通过引入提前终止密码子影响蛋白质的产生。研究发现，三种瓢虫中超过 93.31% 的保留内含子会产生提前终止密码子，且 60 - 67% 的提前终止密码子位于转录本前 80% 的长度内，导致蛋白质截断。为减轻其影响，部分基因在取食柑橘粉蚧转换到取食蚜虫时，保留内含子的包含比例显著降低。同时，对相关基因的 GO 富集分析发现，不同瓢虫中低内含子包含的差异剪接基因在不同的生物学过程中富集。
- 可变剪接在适应猎物转换中功能非冗余：研究人员将可变剪接介导的反应与转录变化调控的反应进行比较，发现三种瓢虫中只有少量差异剪接基因同时也是差异表达基因。功能富集分析表明，基因转录和 mRNA 剪接分别调控不同的生物学过程，说明可变剪接在调节七星瓢虫亚科昆虫适应替代猎物中具有不可替代的作用。
综合研究结论和讨论部分，该研究全面揭示了可变剪接在七星瓢虫亚科昆虫适应猎物转换过程中的重要作用。可变剪接不仅能通过多种方式影响瓢虫的生理和生化过程，帮助它们应对猎物转换带来的挑战，而且在功能上与基因转录相互补充又非冗余。不过，研究也存在一定的局限性，比如 RNA - seq 短读长可能导致内含子保留事件的估计偏差，且研究主要基于生物信息学分析，缺乏实验验证。但总体而言，这项研究为深入理解七星瓢虫亚科昆虫的捕食特异性提供了新的视角，为生物防治中合理利用这些昆虫提供了理论依据，推动了生物防治领域的发展，让我们在利用瓢虫守护庄稼的道路上又前进了一大步。
