Monolepta hieroglyphica保幼激素酸O-甲基转移酶MhieJHAMT的结构功能解析及其在害虫防治中的潜在应用

本研究针对中国重要农业害虫Monolepta hieroglyphica，通过结构功能分析揭示保幼激素酸O-甲基转移酶（JHAMT）在保幼激素（JH）生物合成中的关键作用。研究人员结合分子对接、RNA干扰（RNAi）和酶活测定等技术，鉴定出19个活性位点氨基酸残基，证实MhieJHAMT通过结合S-腺苷甲硫氨酸（SAM）和法尼酸（FA）调控JH合成。该发现为开发靶向JH通路的新型特异性杀虫剂提供了理论依据。

　　

在中国广袤的农田里，一种名为Monolepta hieroglyphica的小甲虫正悄然成为玉米等作物的"隐形杀手"。这种鞘翅目害虫每年造成数十亿元的经济损失，而传统化学杀虫剂的长期使用已导致严重的抗药性和环境污染问题。面对这一挑战，科学家们将目光投向了昆虫体内一种神奇的分子——保幼激素（Juvenile Hormone, JH）。这种由咽侧体分泌的倍半萜类化合物，如同昆虫生长发育的"指挥棒"，调控着从幼虫到成虫的每一次蜕变。而在这条精密调控的通路中，保幼激素酸O-甲基转移酶（JHAMT）扮演着至关重要的角色，它负责将法尼酸（Farnesoic Acid, FA）转化为具有生物活性的保幼激素。

宁夏农林科学院的研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表的研究，首次系统解析了Monolepta hieroglyphica的JHAMT（命名为MhieJHAMT）结构与功能。通过分子动力学模拟、体外酶活测定、RNA干扰等技术手段，研究人员不仅揭示了MhieJHAMT的催化机制，还发现其与上游法尼基焦磷酸合成酶1（MhieFPPS1）存在潜在的正反馈调节关系，这为理解JH通路的复杂调控网络提供了新视角。

关键技术方法
研究采用多学科交叉策略：通过转录组测序和分子克隆获得MhieJHAMT基因；利用分子对接和分子动力学模拟预测活性位点；建立体外酶活检测体系验证催化功能；采用RNA干扰（RNAi）结合ELISA技术分析基因敲除对JH滴度的影响；通过实时定量PCR（RT-qPCR）进行组织特异性表达谱分析。实验所用甲虫样本来自宁夏农业科学院人工饲养群体。

研究结果

序列分析与系统进化
MhieJHAMT的开放阅读框含831个碱基，编码277个氨基酸，预测分子量为32.47 kDa。序列比对显示其具有典型的S-腺苷甲硫氨酸（SAM）结合域（41-47位氨基酸），系统进化分析表明鞘翅目昆虫的JHAMT具有高度保守性，暗示其催化机制的普遍性。

活性位点与底物结合
分子对接研究发现，MhieJHAMT活性口袋由19个关键氨基酸残基构成，能够同时结合甲基供体SAM和底物FA。特别值得注意的是，该酶的Rossmann折叠结构域与已知的甲基转移酶高度相似，这解释了其催化特异性。

酶活验证与调控机制
体外实验证实MhieJHAMT能将FA转化为甲基法尼酯（MF）。RT-qPCR显示该基因在雌虫肠道和性腺中高表达，提示其可能参与生殖调控。更引人注目的是，宿主植物能同步调节MhieFPPS1和MhieJHAMT的表达，形成级联调控网络。

RNA干扰功能验证
通过dsRNA注射敲低MhieJHAMT后，ELISA检测显示JH滴度显著下降，直接证实了该酶在JH生物合成中的核心地位。这种干扰还导致甲虫发育异常，为靶向JHAMT的害虫控制策略提供了实验依据。

结论与展望
该研究首次全面解析了MhieJHAMT的结构与功能特征，不仅阐明了其通过保守的SAM结合域催化JH合成的分子机制，还揭示了JH通路中FPPS1-JHAMT级联调控的新模式。这些发现为开发针对鞘翅目害虫的特异性杀虫剂提供了精准靶点——通过干扰MhieJHAMT的活性或表达，可破坏害虫的生长发育周期。

从更广阔的视角看，这项研究的意义超越了单一的害虫防治领域。JHAMT作为昆虫特有的关键酶，其精确调控机制反映了生物进化中"经济性"与"特异性"的完美平衡。未来研究可进一步探索：如何利用植物次生代谢物调控JH通路；开发基于RNAi的靶向递送系统；以及解析JHAMT在不同生理状态下的构象变化。这项由中国科学家完成的工作，为全球可持续农业发展贡献了重要的基础研究成果。

（注：所有专业术语如S-腺苷甲硫氨酸（SAM）、法尼酸（FA）、甲基法尼酯（MF）等均按原文大小写和上下标格式呈现，作者姓名保留原文拼写如Xuan Song、Yong-jun Zhang等）