Krüppel-homolog 1（Kr-h1）在植食性瓢虫幼虫变态中的关键作用及其对激素信号通路的调控机制

本研究聚焦鞘翅目昆虫瓢虫Henosepilachna vigintioctomaculata，通过RNAi技术揭示转录抑制因子Kr-h1（而非Hairy/Groucho）在幼虫变态中的核心作用。研究发现，Kr-h1通过调控JH（保幼激素）和20E（20-羟基蜕皮酮）信号通路基因（如BrC、E93）的表达，维持幼虫发育并抑制早熟变态，为理解鞘翅目昆虫发育调控提供了新视角。

　　

在昆虫发育的复杂调控网络中，保幼激素（Juvenile hormone, JH）和20-羟基蜕皮酮（20-hydroxyecdysone, 20E）的博弈始终是科学家关注的焦点。JH如同"青春守护者"，维持幼虫特征；而20E则是"变态触发器"，推动昆虫向成虫转变。这两种激素通过各自的信号通路相互作用，共同调控昆虫的生长发育。然而，在鞘翅目昆虫中，这一调控网络的具体细节仍存在大量未知，尤其是转录抑制因子Krüppel-homolog 1（Kr-h1）与Hairy/Groucho在JH信号转导中的相对重要性尚不明确。

针对这一科学问题，来自中国的研究团队以危害马铃薯的植食性瓢虫Henosepilachna vigintioctomaculata为研究对象，开展了一项开创性研究。这项发表在《Journal of Asia-Pacific Entomology》的工作首次在鞘翅目昆虫中系统比较了Kr-h1和Hairy/Groucho在幼虫变态过程中的功能差异，揭示了Kr-h1在瓢虫发育调控中的核心地位。

研究人员主要采用了三种关键技术方法：一是通过qRT-PCR分析HvKr-h1、HvHairy和HvGroucho的时空表达模式；二是在不同幼虫龄期（第二至四龄）进行基因特异性RNA干扰（RNAi）实验；三是检测RNAi处理后JH和20E信号通路关键基因的表达变化。实验所用瓢虫采集自中国新疆乌鲁木齐市的茄科植物。

研究结果部分呈现了多项重要发现：

在"Expression pattern of HvKr-h1, HvHairy and HvGroucho"部分，研究发现HvKr-h1的表达呈现明显的发育阶段特异性：在一、二龄幼虫中表达量最高，随后在三、四龄幼虫中逐渐下降，在预蛹期又有所回升，到蛹期降至最低。这种动态变化与HvHairy的表达模式形成鲜明对比，两者呈现此消彼长的关系。

"Kr-h1 is vital for larva metamorphosis"部分展示了RNAi实验的关键结果：在第二龄幼虫阶段敲除Kr-h1会导致早熟蛹和成虫出现，并产生异常预蛹；而在第三、四龄（终龄）幼虫阶段敲除则导致畸形预蛹和异常蛹，且终龄幼虫阶段干扰的表型缺陷更为严重。分子水平分析显示，Kr-h1敲除破坏了JH和20E信号平衡，表现为JH信号通路基因（Met、Tai、Hairy、Groucho）表达异常，同时BrC和E93表达上调。

"Does Hairy/Groucho signal exert any roles?"部分得出了令人意外的发现：与Kr-h1不同，单独敲除HvHairy或HvGroucho对幼虫发育几乎没有影响。处理组和对照组幼虫均表现出正常的体重增长，并能顺利完成第三、四龄、预蛹和蛹期的发育转变。这表明在H. vigintioctomaculata中，Hairy/Groucho通路可能不参与幼虫发育的调控。

这项研究得出了几个重要结论：首先，Kr-h1（而非Hairy/Groucho）是H. vigintioctomaculata幼虫发育过程中关键的抗变态因子。其次，Kr-h1通过双重机制发挥作用：一方面直接抑制变态相关基因BrC和E93的表达；另一方面调控JH和20E信号通路的平衡。最后，研究发现Kr-h1和Hairy之间存在相互抑制关系，这种动态平衡可能是调控昆虫发育阶段转换的重要开关。

该研究的科学意义在于：首次在鞘翅目昆虫中明确了Kr-h1在幼虫变态中的主导作用，为理解不同昆虫类群发育调控机制的多样性提供了新证据。在应用层面，这些发现为开发针对鞘翅目农业害虫的新型生长调控策略提供了潜在靶点。特别是考虑到H. vigintioctomaculata是重要的马铃薯害虫，针对Kr-h1的干扰技术可能成为害虫防治的新思路。

值得注意的是，这项研究也提出了新的科学问题：为什么在双翅目昆虫中重要的Hairy/Groucho通路在鞘翅目瓢虫中却显得无足轻重？这种类群差异反映了昆虫进化过程中激素调控网络的何种适应性改变？这些问题值得未来研究进一步探索。

这项由国家重点研发计划（2024YFD1401200）支持的研究，不仅丰富了昆虫发育生物学的基础理论，也为农业害虫的绿色防控提供了新的分子靶点和理论依据。