豆蝽侧输卵管分泌蛋白的功能蛋白质组学解析及其在生殖调控中的关键作用

本研究针对昆虫侧输卵管分泌蛋白组成及功能机制不清的科学问题，通过组织学与蛋白质组学技术，首次系统解析了豆蝽(Riptortus pedestris)侧输卵管的结构特征及159种高表达蛋白，发现10种可能参与产卵分泌的关键蛋白(RpLoap1-10)。其中RpLoap2被证实通过调控卵壳形成(AL和ICL层)对胚胎发育起决定性作用，为害虫防治提供了新靶点。该研究发表于《iScience》，为昆虫生殖生物学提供了全新视角。

　　

在昆虫繁衍生息的过程中，雌性生殖道(FRT)扮演着至关重要的角色。作为连接卵巢与产卵通道的关键结构，侧输卵管(Lateral oviduct)不仅承担着运输成熟卵母细胞的重任，其管腔分泌物更在卵子保护、激活和运输过程中发挥多重功能。然而，这个"生命通道"的分子机制却长期笼罩在神秘面纱之下——尽管已知某些昆虫如褐飞虱(Nilaparvata lugens)的侧输卵管会分泌凝胶状物质辅助卵子运输，但绝大多数物种的管腔分泌蛋白组成及其功能仍属未知。这一知识空白严重制约了人们对昆虫生殖策略多样性的理解，也阻碍了基于生殖调控的害虫防治新策略开发。

在这一背景下，宁波大学植物病毒学研究所的研究团队选择农业害虫豆蝽(Riptortus pedestris)作为研究对象。这种半翅目害虫以惊人的繁殖力著称，其雌虫侧输卵管能在排卵时显著扩张以容纳直径达1.2mm的卵母细胞，暗示其具有独特的收缩与分泌机制。通过综合运用显微成像、蛋白质组学和基因功能分析等技术，研究人员首次绘制了豆蝽侧输卵管的分子图谱，并鉴定出关键生殖调控因子，相关成果发表在交叉学科期刊《iScience》上。

研究主要采用四种关键技术：透射电镜(TEM)解析侧输卵管超微结构；荧光标记观察肌肉与上皮层分布；液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)分析管腔分泌蛋白组；RNA干扰(RNAi)结合表型分析验证候选基因功能。样本来自实验室饲养的豆蝽种群，包括10日龄雌虫的生殖道组织和新产卵粒。

结构特征揭示适应性设计
通过电镜观察发现，豆蝽侧输卵管由外肌层和内上皮层构成。外肌层含环状与纵向肌纤维，赋予管道强大收缩能力；内上皮细胞富含内质网(ER)和微绒毛边界，顶端可见电子致密颗粒分泌物，证实其活跃的蛋白质合成与分泌功能。值得注意的是，管腔横截面呈不规则形状，上皮高度折叠，这种特殊结构可能为临时储存多个大型卵母细胞提供了适应性解决方案。

分泌蛋白组的全景解析
质谱分析鉴定出1678种蛋白质，其中159种在雌性生殖道特异性高表达。按功能可分为调控蛋白(59种)、酶类(37种)、转录翻译相关蛋白(25种)、结构蛋白(16种)等类别。比较分析发现7种蛋白与褐飞虱侧输卵管分泌蛋白同源，包括热休克蛋白20(HSP20)和微管蛋白等保守组分，同时鉴定出5种豆蝽特有蛋白。

卵相关分泌蛋白的功能筛选
通过比较输卵管分泌物与卵壳附着蛋白组，锁定10个候选基因RpLoap1-10。组织表达谱显示：RpLoap3和RpLoap5-10在输卵管特异性表达；RpLoap2和RpLoap4为卵巢特异性；RpLoap1则在各组织中广泛存在。值得注意的是，RpLoap2作为未表征蛋白，其同源基因广泛存在于多种昆虫中，而RpLoap7-10则为豆蝽特有。

RpLoap2的核心生殖功能
RNAi实验取得突破性发现：沉默RpLoap2虽不影响产卵量，但导致100%孵化失败。电镜显示突变卵壳缺失气层(AL)且内卵壳层(ICL)变薄。湿度实验表明，RpLoap2缺陷卵在不同湿度下均出现皱缩，证实其通过维持卵壳完整性来调控水分渗透和气体交换。这是首个被证实直接参与昆虫卵壳形成的侧输卵管相关分泌蛋白。

这项研究首次系统阐明了豆蝽侧输卵管的分子组成与功能机制，建立了从结构特征到分子调控的完整认知框架。特别重要的是，发现RpLoap2通过调控卵壳形成这一全新途径影响生殖成功率，为理解昆虫生殖适应性提供了新视角。在应用层面，针对RpLoap2的RNAi可完全阻断害虫种群繁衍，这种"生殖靶向"策略相比传统杀虫剂更具物种特异性，为绿色防控提供了新思路。研究还揭示了昆虫生殖系统中保守与物种特异蛋白并存的进化特征，为比较生殖生物学研究奠定了重要基础。

未来研究可进一步探索其他分泌蛋白(如热休克蛋白RpLoap4)在应激条件下的功能，以及豆蝽特有蛋白的进化意义。该团队建立的蛋白质组数据库也为后续功能基因组研究提供了宝贵资源。这项成果标志着昆虫生殖生物学研究从形态描述向分子机制解析的重要跨越，其方法论和研究范式对其它节肢动物的生殖研究具有借鉴价值。