NPF-OBP5 调节稻飞虱的糖分敏感性和取食行为

《Insect Biochemistry and Molecular Biology》：NPF-OBP5 regulate sugar sensitivity and feeding behavior of rice planthoppers

本研究揭示褐飞虱中NPF与OBP5协同调控糖感知、取食行为及海藻糖代谢的分子机制。NlNPF敲低增强糖敏感性，促进取食和海藻糖积累，而NlOBP5敲低抑制取食和代谢，两者协同作用。NlNPF敲低显著降低存活率。

　　

段瑞川|贾玉薇|肖新如|任书琪|万贵军|陈发军

中国南京农业大学植物保护学院昆虫学系，农业与林业生物安全国家重点实验室，南京210095

摘要

神经肽F（NPF）被认为与取食行为有关，而气味结合蛋白（OBP）对植食性昆虫对寄主植物的化学感知非常重要；同时，食物中的糖分是诱导昆虫取食的强烈因素。然而，目前尚不清楚NPF和OBP是否能够调节对糖分的感知，从而影响褐飞虱（Nilaparvata lugens）的取食行为和糖分代谢。研究结果显示，NlOBP1、NlOBP5-8和NlOBP10在褐飞虱的头部中高表达。荧光竞争结合实验表明，只有NlOBP5能够与可溶性糖（包括葡萄糖、果糖和蔗糖）强烈结合。此外，NlNPF主要在褐飞虱的脑部表达。NlNPF的敲低导致NlOBP5的表达上调，并增强了褐飞虱对可溶性糖的敏感性；相反，NlOBP5的敲低降低了褐飞虱对糖的敏感性，而同时敲低NlNPF和NlOBP5则部分恢复了NlOBP5单独敲低所引起的糖敏感性受损。进一步研究发现，NlNPF的敲低促进了褐飞虱的取食并导致其体内海藻糖积累；而NlOBP5的敲低则抑制了取食并降低了海藻糖水平，同时敲低NlNPF和NlOBP5则部分逆转了NlOBP5单独敲低对取食和海藻糖代谢的负面影响。NlNPF的敲低比NlOBP5的敲低更显著地降低了褐飞虱的存活率。这些发现证实了NlNPF-NlOBP对褐飞虱糖敏感性、取食行为和海藻糖代谢的调控作用，为控制稻飞虱提供了潜在的靶点。

引言

气味结合蛋白（OBPs）是小型、可溶性的蛋白质，在昆虫的化学感觉器官中大量表达，在嗅觉和味觉感知中起着关键作用（Pelosi等人，2018年）。通过结合挥发性化合物（如植物挥发物、信息素和寄主来源的气味），OBPs可以增强嗅觉系统的敏感性和选择性，使昆虫能够在低浓度下检测到环境中的化学信号（Zhu等人，2025年；Li等人，2025年）。此外，OBPs还在味觉中发挥作用，通过与非挥发性化合物（如糖类、苦味化合物和毒素）相互作用来介导味觉感知（Jeong等人，2013年；Liu等人，2023年）。Nilaparvata lugens的OBP3参与杀虫剂的感知（Zhang等人，2022年）。此外，在黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）中敲除表达OBP的细胞会显著降低其对蔗糖的敏感性，这表明OBPs可能介导昆虫对糖的感知（Swarup等人，2014年；Galindo等人，2001年）。Chen等人（2024年）还发现，Eupeodes corollae的口器中的EcorOBP6在取食后表达上调，这表明OBPs可能与昆虫的取食行为密切相关。

昆虫中的神经肽F（NPF）是哺乳动物神经肽Y（NPY）的同源物，是一种高度保守的调节肽，在调节取食行为和能量平衡等方面起着关键作用（Chen等人，2023年；Cui & Zhao，2020年）。在许多昆虫物种中，NPF主要在脑部和中肠中表达，它整合营养信号并调节神经回路以控制食物摄入和能量分配（Yu等人，2023年；Yoshinari等人，2021年）。在黑腹果蝇中，NPF信号上调会增加取食动机，而NPF的敲低则会减少食物消耗（Asahina和Zelikowsky，2025年）。然而，在Nilaparvata lugens中，NPF在Aedes aegypti中的NPF受体（NPFR）则表现出抑制取食的作用（Duan等人，2025a；Duvall等人，2019年）。最近的研究表明，NPF可以调节Ostrinia furnacalis的味觉受体，从而影响其对糖的感知（Shi等人，2024年）。类似地，果糖水平的升高会刺激黑腹果蝇中的Gr43a味觉受体，导致NPF的分泌（Hoshino等人，2023年）。这些发现表明，在能量需求条件下，NPF可能作为一种调节机制，影响糖的感知。

昆虫依赖高效的糖代谢来满足其生长、繁殖和环境适应的高能量需求。昆虫代谢中的主要糖类是海藻糖，这是一种二糖，是大多数昆虫的主要血糖（Elbein等人，2003年；Chaudhari等人，2025年）。海藻糖的代谢由海藻糖-6-磷酸合成酶（TPS）调控，该酶将葡萄糖-6-磷酸和UDP-葡萄糖合成海藻糖；海藻糖酶则将海藻糖水解为两个葡萄糖单元以供即时能量使用（Tellis等人，2023年）。最近的研究强调了昆虫海藻糖代谢在应对环境压力中的重要性，外源海藻糖补充可以增强蝗虫的耐脱水能力，海藻糖的积累也有助于提高Telenomus remus的耐寒性（Huang等人，2024年；Chen等人，2025年）。鉴于海藻糖在能量平衡中的关键作用，涉及OBPs和NPF的糖感知途径对其调控机制值得进一步研究。

在本研究中，我们探讨了NlNPF通过NlOBP调节褐飞虱对糖的敏感性，进而调节其取食行为和海藻糖代谢的机制，以建立褐飞虱中新的神经肽-OBP调控轴，并阐明糖感知在分子水平上是如何调节其取食和代谢的。此外，这项研究为开发针对稻飞虱的靶向控制策略提供了见解，旨在破坏其取食行为。

实验部分

水稻植株和飞虱

本实验使用的是Taichung Native 1（TN1）品种的水稻植株。这些水稻植株在人工气候室（型号：GDN-400d-4-CO2；宁波东南仪器有限公司）中培养，并在发芽后15天用于实验。褐飞虱采集自中国江苏省南京市农业科学院附近的稻田（纬度32°04'，经度118°88'）。实验前，这些昆虫被饲养在...

分析褐飞虱中NlOBPs的组织表达模式

我们首先研究了褐飞虱中NlOBPs的组织表达模式。结果显示，NlOBP1（df = 5，F = 278.00，P < 0.001）、NlOBP5（df = 5，F = 737.49，P < 0.001）、NlOBP6（df = 5，F = 44.91，P < 0.001）、NlOBP7（df = 5，F = 66.10，P < 0.001）、NlOBP8（df = 5，F = 69.42，P < 0.001）和NlOBP10（df = 5，F = 20.31，P < 0.001）在头部的表达水平远高于褐飞虱的其他组织（图1A、E-H、J）。相比之下，NlOBP2的表达水平较低...

讨论

作为环境感知的关键受体，OBPs主要在昆虫的头部表达（Wang等人，2025年）。本研究表明，在10种NlOBPs（NlOBP1-10）中，有6种（即NlOBP1、NlOBP5-8、NlOBP10）在头部的表达水平显著高于其他组织，表明它们在化学感知中可能起重要作用。早期研究主要将昆虫OBPs与挥发性气味分子的特异性识别和结合联系起来...

CRediT作者贡献声明

段瑞川：撰写初稿、数据可视化、软件使用、方法设计、实验设计、资金获取、数据整理。肖新如：方法设计、实验设计。贾玉薇：方法设计、实验设计。万贵军：数据整理、概念构思。任书琪：方法设计、实验设计。陈发军：撰写、审稿与编辑、资金获取、概念构思

未引用的参考文献

Galindo和Smith，2001年；Huang等人，2014年；Li等人，2025年；Liu等人，2021年；Michael等人，1997年；Ojha和Zhang，2021年；Wu等人，2005年；Zhao等人，2023年。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

资助

本研究得到了中国国家重点研发计划（2023YFD1400800）、国家自然科学基金（31871963）和江苏省研究生研究与实践创新计划（KYCX25_0986）的资助。