编辑推荐：
【编辑推荐】为揭示蚜虫跨代翅型可塑性的信号机制，研究人员以豌豆蚜为对象，探究母代与子代间的信号传递。发现物理接触及高密度处理激活母脑 vGluT2 - 胚胎 mGluR3 级联，通过磷酸化 FoxO 解除对 Hh 基因的转录抑制，诱导高比例有翅后代，为理解跨代表型可塑性提供新视角。
在昆虫世界中，蚜虫的翅多型现象一直是跨代表型可塑性（TPP）研究的经典案例。母代蚜虫能根据环境信号（如种群密度、物理接触等）调控后代翅型发育，使后代产生有翅或无翅型以适应不同生存需求。然而，母代与子代之间究竟如何传递环境信号、调控翅型分化的分子机制却长期未被阐明。尤其是在神经信号传导与胚胎发育的关联方面，关键分子靶点和信号通路的作用尚不明确。为填补这一研究空白，来自山东省农业科学院植物保护研究所与中国科学院动物研究所等国内机构的研究团队，针对豌豆蚜（Acyrthosiphon pisum）展开深入研究，相关成果发表于《iScience》。
研究团队围绕 “母代环境信号如何跨代调控蚜虫翅型” 这一核心问题，综合运用多种技术手段展开探索。研究中主要采用了 RNA 测序（RNA-seq）筛选差异表达基因，利用 RNA 干扰（RNAi）技术敲低特定基因表达，通过电泳迁移率变动分析（EMSA）验证蛋白质与 DNA 的相互作用，结合药理学实验、荧光原位杂交（FISH）及 Western blotting 等方法，系统解析了母代与胚胎之间的信号传递网络。
物理接触和高密度诱导有翅后代并激活特定基因表达
通过设置不同密度处理（1 头 / 培养皿、2 头 / 培养皿、8 头 / 培养皿）模拟母代蚜虫的独居、物理接触和高密度环境，发现物理接触及高密度处理 2-4 小时可显著提高有翅后代比例。例如，2 头蚜虫接触 4 小时后，有翅后代比例达 96.5%，接近 8 头高密度处理的效果。进一步通过行为学监测发现，母代蚜虫的移动距离、速度及接触频率与有翅后代比例呈强正相关，但物理接触本身是关键驱动因素，而非运动活性。RNA-seq 分析显示，母代头部的囊泡谷氨酸转运体 2（vGluT2）和胚胎的代谢型谷氨酸受体 3（mGluR3）在物理接触后表达显著上调，qPCR 验证了这一结果，且在高密度群体中同样观察到这两个基因的高表达，表明其与环境信号感知密切相关。
母代 vGluT2 与胚胎 mGluR3 构成跨代信号传递轴
药理学实验表明，注射 vGluT2 激动剂谷氨酸可增加有翅后代比例，而抑制 vGluT2 或 mGluR3 则降低有翅后代比例。荧光原位杂交显示，vGluT2 主要表达于母代蚜虫脑的触角叶，且其信号强度随密度和接触时间增加而增强，切除母代触角后有翅后代比例显著下降，证实触角叶的 vGluT2 是物理接触信号感知的关键部位。在胚胎中，mGluR3 在翅芽区域的表达随接触时间延长而升高，且敲低 mGluR3 会减少有翅后代，而补充 mGluR3 激动剂可挽救因 vGluT2 敲低导致的有翅后代减少，表明 vGluT2 与 mGluR3 在信号传递中呈上下游关系，构成跨代调控轴。
FoxO 磷酸化是信号传递的核心环节
研究发现，胚胎中的叉头转录因子 O 亚族（FoxO）是翅发育的关键抑制因子。敲低 FoxO 可显著增加有翅后代比例，而物理接触处理可促进 FoxO 在苏氨酸 15 位点（T15）的磷酸化，使其脱离细胞核并丧失转录抑制功能。敲低 vGluT2 或 mGluR3 均会降低 FoxO 磷酸化水平，且抑制 Akt 激酶（FoxO 上游激酶）可减少有翅后代，表明 vGluT2-mGluR3 级联通过 Akt 介导的 FoxO 磷酸化调控翅型分化。进一步研究表明，去磷酸化的 FoxO 直接结合刺猬基因（Hh）启动子的 FoxO 识别元件（FRE2），抑制其转录，而磷酸化的 FoxO 则解除这一抑制，导致 Hh 基因表达升高，促进翅芽发育。EMSA 实验证实了 FoxO 与 Hh 启动子的特异性结合，且 Hh 基因在胚胎发育第 20 阶段的表达水平是翅型决定的关键时间点。
研究结论与意义
本研究首次揭示了母代 vGluT2 - 胚胎 mGluR3 信号传递系统在蚜虫跨代翅型可塑性中的核心作用。当母代感知物理接触或高密度信号时，脑触角叶的 vGluT2 被激活，通过谷氨酸信号传递至胚胎的 mGluR3，激活 Akt-FoxO 通路，使 FoxO 磷酸化并解除对 Hh 基因的抑制，最终诱导有翅后代产生。这一发现不仅填补了蚜虫跨代信号调控机制的空白，还为理解昆虫应对环境压力的适应性策略提供了新范式。谷氨酸信号通路在跨代表型可塑性中的保守作用，也为研究其他昆虫的环境适应机制提供了重要参考，同时为农业害虫的生态调控提供了潜在分子靶点。
