肠道菌群介导的脂质积累驱动果蝇蓝光毒性进化适应：中肠延长的关键作用

面对农业害虫对化学农药的快速进化抵抗，蓝光（BL）作为替代性防控手段存在耐受性演化风险。日本冈山大学团队通过70代果蝇实验室选择实验，发现BL耐受品系（SL）通过中肠延长促进肠道微生物（Acetobacter persici）增殖，进而驱动宿主脂质积累（TAG升高），形成“适应性肥胖”以抵抗BL诱导的氧化损伤。该研究揭示了宿主-微生物互作在环境胁迫适应中的核心机制，为害虫防控策略设计提供新思路。

　　

蓝光杀虫的进化困局与果蝇的“肥胖防御”策略

农业害虫防控长期面临化学农药诱导的耐药性进化挑战，亟需开发环境友好型替代方案。蓝光（Blue Light, BL）因其对多种昆虫的致死效应（如果蝇、蚊子）成为新兴物理防控手段，但其作用机制及昆虫的进化响应尚不明确。尤其值得关注的是，BL暴露可显著抑制雌性昆虫卵巢发育（补充图2），即使短暂照射也会造成生殖能力的持续性损伤，这为理解其作为选择压力的生态影响提供了关键线索。

为解析昆虫对BL的适应机制，日本冈山大学、德国神经退行性疾病中心等机构的研究团队以黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）为模型，开展长达70代（约3年）的实验室选择实验。研究者从近交系Canton-S野生型果蝇（遗传背景均一）中分设两组：实验组（SL）每代成虫暴露于465 nm高毒性BL（光子通量密度10.3×10¹⁸ photons·m^-2·s^-1）3天，筛选耐受个体（“低损伤”：恢复后仍具攀爬能力）繁殖后代；对照组（UCL）则无BL暴露（图1）。结果显示：

耐受性进化与肥胖表型的关联
经20代选择后，SL品系逐渐获得稳定耐受性：其生殖力（产蛹数/雌）在BL暴露后恢复至UCL未暴露水平（图2a），卵巢发育几乎不受抑制（图2b），且在高强度BL下的存活时间显著延长（图2d）。值得注意的是，SL果蝇在未暴露条件下即表现出独特表型：腹部膨大、体重增加（图3a,b）、脂肪体脂滴富集（图4b）及中肠显著延长（图4c），提示“肥胖”可能是耐受性的关键适应特征。

肠道微生物的核心驱动作用
表型分析表明，SL的脂质积累（脂肪酸FAMEs和TAG升高）可抵抗饥饿和氧化应激（图4e-h），但抗生素清除微生物（Abx）后，其耐受性完全丧失（图5b），体重与TAG水平亦显著下降（图5c-e）。关键证据来自“菌群移植”实验：将SL果蝇肠道内容物植入Abx处理的SL个体，可恢复其耐受性；而UCL菌群则无此效果（图5b）。进一步发现，SL肠道微生物组成虽与UCL相似（>99%为Acetobacter persici），但其丰度显著升高（图5a），且这种增殖依赖于中肠延长——中肠长度与体重呈正相关（补充图10），且SL中肠延长表型在Abx处理后仍存在（图5f），说明宿主结构改变是微生物增殖的基础。

宿主-微生物协同进化的分子基础
基因组分析揭示，SL品系在解毒基因（如谷胱甘肽S-转移酶GstD/GstE簇）、Hippo信号通路（调控器官大小）及免疫通路（Toll/Imd）存在特异性变异（图7）。转录组数据进一步显示，SL的线粒体代谢相关基因（如TCA循环、氧化磷酸化）普遍下调（图8c），而脂质合成相关基因表达改变（如神经肽Tachykinin, Tk的抑制）与宿主变异重叠（图8c）。值得注意的是，人为操纵脂代谢基因（如敲低Tk、AkhR或过表达InR）可模拟SL表型，显著提升BL耐受性（图9），证实脂质积累是耐受性的直接驱动力。

跨代适应与微生物功能重塑
亲代BL暴露可诱导子代中肠延长与菌群增殖（图6b,c），暗示表观遗传调控参与适应性传递。微生物层面，SL源Acetobacter persici的乙酸合成基因（ADH、乙酰-CoA水解酶）及抗氧化基因（NADPH依赖性FMN还原酶）表达上调（图10d,f），其离体生长模式亦更均一（图10g），提示BL胁迫驱动了微生物的功能适应或宿主选择偏好。