雄性附腺来源的羧肽酶B调控梨小食心虫精包内精子激活的机制研究

研究人员针对梨小食心虫（Grapholita molesta）雌虫单次交配后精子激活效率低的问题，通过RNAi技术敲降雄性附腺来源的羧肽酶B（GmCPB），发现其通过调控精包微环境代谢通路显著影响精子激活。该研究为鳞翅目害虫生殖调控提供了新靶点，发表于《Journal of Insect Physiology》。

　　

梨小食心虫（Grapholita molesta）作为全球性果树钻蛀害虫，其雌虫一生通常仅交配一次，却需持续产卵长达11天。这种独特的生殖策略使得交配后精子激活成为繁殖成功的关键——精子必须在雌虫精包内完成从静止状态到完全活化的转变，包括无核精子（apyrene sperm）获得运动能力、有核精子（eupyrene sperm）束解离以及最终获得受精能力。然而，这一精密调控过程的分子机制长期悬而未决，尤其缺乏对精包微环境代谢特征的系统认知。

山西农业大学生物安全与生物防治实验室的研究团队通过前期转录组和蛋白质组分析，锁定雄性附腺（accessory gland, AG）特异性表达的羧肽酶B（carboxypeptidase B, GmCPB）可能是调控精子激活的关键因子。研究人员发现，GmCPB在雄性羽化前成熟阶段表达量达到峰值，其蛋白结构包含典型的肽酶_M14_like超家族锌结合域。通过RNA干扰（RNAi）技术特异性敲降雄虫GmCPB后，虽然交配成功率和成虫寿命不受影响，但雌虫精包内精子激活显著受阻——表现为精子运动能力下降和受精率降低。非靶向代谢组学进一步揭示，GmCPB缺失会导致精包内氨基酸代谢、能量代谢和脂质代谢通路紊乱，特别是丙氨酸-天冬氨酸-谷氨酸代谢途径的异常与精子活力丧失密切相关。

关键技术方法包括：1）基于比较蛋白质组学鉴定AG特异性蛋白GmCPB；2）采用RNAi技术构建GmCPB敲降雄虫模型；3）通过显微观察评估精子激活表型；4）运用非靶向代谢组学解析精包微环境变化。

主要研究结果：

1. GmCPB的时空表达特征
   定量PCR显示GmCPB在羽化前3天的雄性AG中表达量最高，免疫荧光证实其定位于AG分泌细胞。系统发育分析表明鳞翅目昆虫CPB具有高度保守的酶活性中心。

2. RNAi表型验证
   dsGmCPB注射使雄虫生育力降低63.2%，但精包形态和精子转移数量无显著变化，说明GmCPB特异性影响精子激活而非交配行为。

3. 代谢通路调控机制
   精包代谢组检测到25种差异代谢物，其中L-天冬酰胺和琥珀酸等能量代谢物水平显著下调，提示GmCPB可能通过调控氨基酸代谢为精子活化提供能量底物。

这项发表于《Journal of Insect Physiology》的研究首次阐明雄性附腺来源的GmCPB通过重塑精包代谢微环境调控精子激活的分子机制，不仅为理解鳞翅目昆虫生殖生物学提供新视角，更开创了以雄性生殖蛋白为靶标的害虫遗传控制新策略。特别值得注意的是，GmCPB介导的代谢调控网络具有物种特异性，这为开发环境友好型害虫防控技术提供了精准分子靶点。正如通讯作者马瑞燕教授强调的，该发现"将推动从生殖调控维度发展害虫绿色防控技术"。研究团队正进一步解析GmCPB下游效应分子的作用机制，以期建立基于精子激活阻断的种群控制技术体系。