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【编辑推荐】为探究 X 射线辐照导致昆虫不育及交配竞争力下降的机制，研究人员以苹果蠹蛾（Cydia pomonella）为对象，分析辐照对其 DNA 损伤修复及肠道微生物的影响。发现补充Stenotrophomonas可增强辐照雄虫交配竞争力，为提升 rSIT 技术 efficacy 提供新方向。
在农业害虫防控领域，利用 sterile insect technique（SIT，不育昆虫技术）通过释放辐照不育雄虫抑制害虫种群数量是一种环保高效的策略。然而，X 射线辐照在诱导昆虫不育的同时，常导致雄虫交配竞争力下降，使得需释放更高比例的不育雄虫才能达到防控效果，这一问题长期制约着 SIT 技术的应用效率。以全球重要的水果害虫苹果蠹蛾（
Cydia pomonella）为例，其在加拿大奥肯那根 - 库特内地区通过基于 X 射线的 rSIT（radiation-based SIT）策略虽成功被扑灭，但研究发现，200 Gy 辐照剂量虽能实现不育，却使雄虫交配竞争力显著降低，需 6:1 的不育雄虫与野生雄虫比例才能有效控制种群。因此，揭示辐照诱导不育和交配竞争力下降的机制，成为提升 rSIT 技术效能的关键科学问题。
为解决这一难题，国内研究人员开展了相关研究，旨在明确 X 射线辐照对苹果蠹蛾 DNA 损伤与修复的影响，以及肠道微生物在其中的作用。该研究成果发表在《Environmental Technology》，为解析辐照胁迫下昆虫的适应机制及优化 SIT 应用提供了重要依据。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：通过随机扩增多态性 DNA（RAPD）分析检测基因组模板稳定性（GTS）以评估 DNA 损伤程度；利用 RT-qPCR 技术定量分析 DNA 损伤响应（如ATM、ATR、CHK2）和修复相关基因（如JNK、P38、Ku70、Ku80）的表达变化；借助 16S rRNA 测序解析辐照前后肠道微生物组成的差异；通过回补培养分离的肠道菌株，结合交配竞争力实验（如计算竞争力指数 CI）验证关键微生物的作用。
3.1 200 Gy X 射线辐照导致苹果蠹蛾基因组 DNA 损伤
利用 8 条 RAPD 引物对辐照组和对照组的基因组 DNA 进行扩增，发现辐照组（200 Gy）雄虫的 GTS 值显著下降至对照组的 86.57%，且在成虫期（1、3、5 天）GTS 波动变化，表明辐照诱导了持续的 DNA 损伤，而修复机制未能完全恢复基因组稳定性。
3.2 辐照通过调控损伤相关基因表达引发 DNA 损伤
RT-qPCR 结果显示，辐照后ATM和ATR基因在蛹期和成虫初期（A1D）表达显著下调，而CHK2在 A1D 期上调，随后在 A5D、A7D 期下调。这表明辐照可能通过抑制上游损伤感应基因，影响 DNA 损伤响应通路的及时激活，导致修复滞后。
3.3 损伤修复过程响应 200 Gy X 射线诱导的损伤
MAPK 信号通路中的JNK、P38、ERK及P53、Ku80等修复相关基因在辐照后呈现动态表达变化。例如，JNK和P38在 A1D 期显著上调，提示 MAPK 通路在辐照后的损伤修复中起关键作用，而Ku80的激活表明非同源末端连接（NHEJ）修复机制被启动。
3.4 16S rRNA 测序揭示 X 射线辐照对苹果蠹蛾肠道微生物组成的影响
测序分析显示，200 Gy 辐照显著改变了肠道微生物的组成，蛹期和成虫期的优势菌科（如假单胞菌科、黄单胞菌科）丰度发生变化，且功能富集分析表明辐照影响了微生物的 DNA 复制修复、能量代谢及碳水化合物代谢功能。辐照后部分菌群（如芽孢杆菌、乳杆菌属）的丰度变化与损伤修复基因表达呈正相关。
3.5 肠道微生物与 X 射线诱导的 DNA 损伤修复的功能相关性分析
相关性分析发现，蛹期的芽孢杆菌、乳杆菌属等与 DNA 修复功能显著相关，成虫期的伯克霍尔德氏菌、葡糖杆菌等与代谢功能相关。其中，葡糖杆菌（Gluconobacter）与ATM、ATR基因表达呈正相关，提示其可能参与损伤感应过程。
3.6 Stenotrophomonas增强不育苹果蠹蛾雄虫的交配竞争力
通过分离培养，发现回补Stenotrophomonas可显著上调辐照雄虫的ATM、ATR、CHK2等损伤响应基因及JNK、P38、Ku80等修复基因的表达，并使交配竞争力指数（CI）从 0.049 提升至 0.195，证实该菌是提升辐照雄虫交配竞争力的关键微生物。
研究结论表明，X 射线辐照通过诱导苹果蠹蛾 DNA 损伤并干扰肠道微生物组成，双重机制导致雄虫交配竞争力下降。而关键肠道菌Stenotrophomonas可通过激活 ATM/ATR-CHK2 信号通路及 MAPK 修复通路，增强辐照雄虫的 DNA 修复能力，进而提升其交配竞争力。该研究首次揭示了肠道微生物在昆虫应对辐照胁迫中的关键作用，为优化 rSIT 技术提供了新策略，即通过人为调控肠道微生物组成（如补充有益菌），在保证不育效果的同时提升辐照雄虫的交配竞争力，减少释放剂量，降低防控成本。这一发现不仅深化了对辐照胁迫下昆虫 - 微生物互作机制的认识，也为其他害虫的生物防治提供了重要借鉴，推动了 SIT 技术向更高效、可持续的方向发展。
