水平基因转移增强肠道抗真菌防御促进入侵性害虫对寄主植物的适应性

为揭示入侵性害虫美国白蛾(Hyphantria cunea)快速适应新寄主的分子机制，浙江农林大学张守科团队发现其通过水平基因转移(HGT)获得细菌源几丁质酶基因HcuChiA。该基因在肠道特异性表达，通过降解病原真菌细胞壁增强抗真菌免疫，显著提高幼虫在不适宜寄主水杉(Metasequoia glyptostroboides)上的存活率。研究为入侵物种适应性进化提供了HGT介导免疫增强的新范例，发表于《Cell Reports》。

　　

在全球气候变化和人类活动影响下，生物入侵已成为威胁生态安全的重要问题。美国白蛾(Hyphantria cunea)作为典型的入侵性害虫，能够取食600多种植物，其惊人的适应性背后隐藏着怎样的进化奥秘？传统观点认为，昆虫主要通过自身基因组的适应性突变或共生微生物协助来应对新环境挑战，但这些机制往往存在代谢成本高、响应速度慢等局限。尤其当取食不适宜寄主植物时，昆虫不仅需要克服植物毒素，还要应对因肠道损伤导致的病原微生物侵袭风险。那么，这种多食性入侵害虫是否进化出了更高效的适应策略？

浙江农林大学森林食品资源开发利用全国重点实验室的研究人员通过整合多组学技术，发现美国白蛾通过水平基因转移(HGT)从细菌中获得了一个关键武器——几丁质酶基因HcuChiA。这项发表在《Cell Reports》的研究揭示，当幼虫取食不适宜寄主水杉时，该基因在肠道特定细胞中高表达，通过降解病原真菌细胞壁中的几丁质，构建起一道特殊的"分子防线"，显著提升了幼虫在挑战性环境中的生存能力。

研究人员主要运用了以下关键技术：1)比较转录组分析不同寄主取食下的基因表达差异；2)单细胞RNA测序定位HcuChiA表达细胞群；3)Hi-C技术构建染色体级别基因组；4)原核表达系统制备重组HcuChiA蛋白；5)RNA干扰和抗生素处理验证基因功能；6)血淋巴宏基因组分析微生物群落变化。实验样本来自实验室饲养的美国白蛾种群，以及浙江平湖野外采集的群体。

转录组分析揭示寄主特异性响应
通过比较取食五种寄主植物和人工饲料的幼虫肠道转录组，发现HcuChiA在不适宜寄主水杉上表达量最高。差异表达基因富集分析显示，几丁质结合通路显著激活，提示该基因可能参与对抗真菌病原体。

单细胞测序精确定位表达细胞

单细胞转录组测序将肠道细胞分为16个亚群，HcuChiA特异性富集于第15簇细胞。这些细胞同时高表达多个几丁质结合相关基因，通过分子功能网络分析确认其参与几丁质代谢过程。

HGT起源与调控机制解析
系统发育分析显示HcuChiA与细菌(特别是Serratia marcescens)几丁质酶亲缘关系最近，证实为HGT获得。分子对接预测其与锌指蛋白HcuZBTB1存在相互作用，双荧光素酶报告实验证明HcuZBTB1能剂量依赖性激活HcuChiA启动子。

功能验证揭示抗真菌机制

RNA干扰敲低HcuChiA使水杉取食幼虫死亡率增加47%，而重组HcuChiA蛋白对球孢白僵菌(Beauveria bassiana)等四种昆虫病原真菌均表现出抑制活性。抗生素处理实验证实，仅当肠道真菌存在时，敲低幼虫才出现显著死亡率上升。

血淋巴微生物组变化

HcuChiA敲除幼虫血淋巴中真菌(如Malassezia、Aspergillus)和原虫丰度显著增加，微生物网络连接度降低，且富集到多种病原体相关代谢通路，证实该基因缺失导致微生物屏障破坏。

这项研究首次揭示了HGT获得的外源基因如何通过增强昆虫免疫防御促进寄主适应性扩张。不同于已知的HGT介导解毒或营养利用案例，HcuChiA代表了一类新型"免疫武器"，使美国白蛾能够在不适宜寄主造成的应激环境下维持肠道稳态。该发现不仅为理解多食性害虫的快速适应提供了新视角，也为开发基于几丁质酶调控的害虫防控策略提供了分子靶点。值得注意的是，这类HGT事件可能在鳞翅目昆虫中广泛存在，暗示其在昆虫与微生物协同进化中的普遍意义。研究同时提示，在评估入侵物种适应性时，除关注传统解毒基因外，还应重视免疫相关基因的进化创新。