编辑推荐：
为解决鳞翅目草螟科害虫防治难题，研究人员开展 Metarhizium pingshaense 对 Chilo spp. 的致病性、毒力因子及基因表达研究。发现其对 3 种害虫致死率高，能产几丁质酶等，基因表达随感染增强，为开发广谱真菌杀虫剂提供依据。
在农业生产的广袤领域中，鳞翅目草螟科害虫如甘蔗梢蛀虫（Chilo infuscatellus）、甘蔗节间蛀虫（C. sacchariphagus indicus）和高粱茎蛀虫（C. partellus）肆虐成灾。它们凭借钻蛀植物茎秆的隐蔽习性，常于早期侵染时难被察觉，导致作物出现枯心症状，严重威胁全球农业生产，造成巨大经济损失。传统化学农药虽能应急控害，但其对环境的污染、对非靶标生物的危害以及可能引发的害虫抗药性等问题，如同一把双刃剑，促使人们迫切寻求更可持续、环保的生物防治策略。在此背景下，昆虫病原真菌（EPF）作为化学农药的理想替代物，因其接触感染特性、广泛宿主范围和自然调控害虫的能力，成为研究焦点。其中，Metarhizium 属真菌表现尤为突出，而 Metarhizium pingshaense 作为该属中具有广谱宿主感染性和较强非生物胁迫耐受性的菌株，其对草螟科害虫的防治潜力亟待挖掘。
为探明 M. pingshaense 对草螟科害虫的防控价值，印度香料研究中心（ICAR - Indian Institute of Spices Research）的研究团队开展了一系列研究。他们围绕该真菌的宿主范围、毒力水平、致病机制及毒力基因表达动态展开深入探究，相关成果发表于《Scientific Reports》。
研究采用了多种关键技术方法。首先通过实验室生物测定，以不同浓度的真菌分生孢子悬浮液处理害虫幼虫，记录死亡率和存活时间，以 probit 分析确定中位致死浓度（LC??），借助 Kaplan - Meier 生存分析评估中位存活时间（MST）。其次，运用定性平板测定和定量 broth 测定，分析真菌产生的几丁质酶、蛋白酶和脂肪酶等表皮降解酶（CDEs）活性，同时在添加昆虫表皮的培养基中评估酶产量变化。再者，通过基因克隆、测序及系统发育分析，研究几丁质酶和蛋白酶基因的序列特征及进化关系。最后，利用逆转录定量实时 PCR（RT - qPCR）技术，检测真菌毒力基因在感染原宿主黑点蛀果蛾（Conogethes punctiferalis）过程中的时空表达模式。
实验室生物测定揭示真菌强致病性
生物测定结果显示，M. pingshaense 对三种 Chilo 幼虫均具显著致病性。在最高测试剂量下，C. sacchariphagus indicus 死亡率达 96%，C. infuscatellus 为 93%，C. partellus 为 83%，而对照组无死亡。LC??值分别为 4.6×10?、1.7×10?和 9.5×10?分生孢子 /ml，表明该真菌对不同害虫的毒力存在差异。MST 随剂量升高而缩短，如 C. infuscatellus 在 1×10?分生孢子 /ml 剂量下 MST 为 5.3 天，在 1×10?剂量下为 6.9 天，揭示了剂量与存活时间的负相关关系。
表皮降解酶活性验证致病机制
定性平板测定中，真菌在几丁质、酪蛋白和 tributyrin 琼脂平板上均形成清晰水解圈，证实其能产生几丁质酶、蛋白酶和脂肪酶。定量分析显示，几丁质酶活性在液体培养基中随时间先升后降，10 天达峰值（0.03 U/mg）；蛋白酶活性在 5 天达峰值（11.1 U/mg），其中枯草杆菌蛋白酶样（Pr1）和胰蛋白酶样（Pr2）酶活性分别于 3 天达 8.4 U/mg 和 3.1 U/mg；脂肪酶在添加植物油的培养基中 10 天活性最高（0.97 - 1.0 U/mg）。当培养基添加 C. punctiferalis 表皮提取物时，各酶活性显著提升，如总蛋白酶活性达 51.4 U/mg，表明表皮成分可诱导真菌增强酶分泌，体现其底物依赖性调控机制。
毒力基因克隆与表达分析阐明分子机制
几丁质酶基因克隆获得 870 bp 片段，编码 290 个氨基酸，与 Metarhizium anisopliae 相应基因序列相似性达 97.6%，系统发育分析显示其与 Metarhizium 属其他物种聚为一支。蛋白酶基因克隆得到 579 bp 片段，编码 149 个氨基酸，与 M. anisopliae 的 Pr1 蛋白相似性达 97.99%，进化树分析显示其与 M. anisopliae 和 M. humberi 亲缘关系密切。RT - qPCR 结果表明，在感染 C. punctiferalis 过程中，几丁质酶和蛋白酶基因表达随时间逐渐上调，120 小时时表达量较对照分别提升超 2900 倍和 3000 倍，揭示了基因表达与感染进程的紧密关联。
综合研究结果表明，M. pingshaense 对多种草螟科害虫具有高效致病力，其毒力源于几丁质酶、蛋白酶和脂肪酶等表皮降解酶的协同作用，以及相应毒力基因的时序性高表达。该真菌不仅能有效侵染不同害虫，且其基因表达模式和酶分泌机制为解析致病机理提供了分子依据。此研究不仅拓展了对昆虫病原真菌宿主范围和致病机制的认知，更凸显了 M. pingshaense 作为广谱真菌杀虫剂的开发潜力，为农业生产中鳞翅目害虫的绿色防控提供了新策略和候选菌株，对推动可持续农业和生物防治技术发展具有重要意义。研究中揭示的真菌与宿主互作机制，也为后续深入挖掘其生态功能和优化应用场景奠定了基础。
