火蚁卵巢基因表达分析揭示免疫与胰岛素通路调控交配后蚁后生殖转变的分子机制

本研究针对入侵物种红火蚁(Solenopsis invicta)蚁后交配后生殖转变的关键调控机制，通过RNAseq技术比较处女蚁、新交配蚁后和成熟蚁后卵巢不同区域（生殖区和卵黄区）的转录组差异。研究发现免疫相关基因酚氧化酶(PO1)和前列腺素E2受体(PGE2rec)呈现组织特异性表达模式，胰岛素通路基因(ILGF_bpcl/IGEP_isl)在成熟蚁后显著上调，卵黄蛋白基因Vg3在卵黄区表达量提升7.1倍。该研究为揭示社会性昆虫生殖调控的进化机制及入侵物种防治提供了新靶点。

红火蚁作为全球最具破坏力的入侵物种之一，其蚁后惊人的繁殖能力是种群扩张的核心驱动力。这些社会性昆虫的生殖调控充满奥秘：处女蚁在巢内受蚁后信息素抑制保持不育状态，而交配后却迅速转变为日产数千枚卵的"生殖机器"。这种剧烈转变涉及翅膀脱落、卵巢发育和代谢重组等复杂过程，但其分子机制长期未明。美国德克萨斯农工大学(Texas A&M University)的研究团队在《BMC Genomics》发表的研究，首次系统揭示了火蚁蚁后生殖转变的转录组蓝图。

研究人员采用RNAseq技术对比分析了处女蚁完整卵巢、新交配蚁后(NMQ)和成熟蚁后(MQ)卵巢生殖区(germarium)与卵黄区(vitellarium)的基因表达差异。样本来自德克萨斯州野外采集的3个多后型红火蚁群体，通过解剖获得118只自然交配蚁后的卵巢组织。主成分分析(PCA)显示交配状态对生殖区转录组影响显著，而卵黄区更受营养状态等因素调控。

生殖区特异性调控网络

研究发现生殖区存在724个差异表达基因(DEGs)，其中发育相关基因如Notch信号通路配体jagged-1在新交配蚁后上调，而层粘连蛋白(laminin)在成熟蚁后高表达。GO分析显示"蛋白磷酸化"(GO:0006468)和"转录调控"(GO:0045449)通路显著富集，提示交配激活了激酶级联反应。胰岛素通路成员胰岛素基因增强蛋白ISL-1(IGEP_isl)在成熟蚁后生殖区表达量提升1.6倍，印证了该通路在代谢重组中的核心作用。

卵黄区代谢重编程特征

卵黄区鉴定出424个DEGs，富集于"核苷酸代谢"(GO:0055086)和"脂肪酸代谢"(ko01212)通路。卵黄蛋白Vg3表达量在成熟蚁后暴增7.1倍，其受体(Vgrec)虽未达差异阈值但呈现相同趋势。引人注目的是，长链脂肪酸辅酶A连接酶3(LCFACL3)等脂代谢基因的协同上调，揭示了卵黄合成所需的能量供应机制。

跨组织核心调控模块

61个基因在生殖区和卵黄区共同差异表达，包括免疫效应分子酚氧化酶1(PO1)。该基因在成熟蚁后两区域分别上调4.7倍和3.6倍，暗示其在卵壳形成(chorionogenesis)和病原防御中的双重功能。前列腺素E₂受体(PGE₂rec)呈现复杂调控：其转录本XM_026135469.2在生殖区下调，而XM_039454095.1在卵黄区上调，提示该受体可能通过不同剪接变体参与卵泡发育和产卵行为调控。

这项研究构建了社会性昆虫生殖调控的时空表达图谱，首次揭示：1) 交配信号通过生殖区激酶网络启动卵泡发生；2) 卵黄区代谢重编程满足卵黄合成需求；3) 胰岛素通路和免疫系统协同进化支持高繁殖力。发现的PGE₂受体组织特异性剪接调控为新型控害剂开发提供了靶点，而PO1在卵壳形成中的功能提示昆虫免疫与生殖系统存在深层次的协同进化。该成果不仅为入侵物种防治提供分子靶标，也为社会性昆虫生殖可塑性研究建立了范式。