《Insects》：Functional Characterization of Prothoracicotropic Hormone in Larval Development and Diapause of Ostrinia furnacalis
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促前胸腺激素（prothoracicotropic hormone, PTTH）是一种通过蜕皮激素（ecdysteroid）合成启动昆虫变态的分泌性神经肽。尽管PTTH-蜕皮激素轴在发育中已被充分确立，但其在滞育调控中的具体作用及在亚洲玉米螟（Ostrinia
促前胸腺激素（prothoracicotropic hormone, PTTH）是一种通过蜕皮激素（ecdysteroid）合成启动昆虫变态的分泌性神经肽。尽管PTTH-蜕皮激素轴在发育中已被充分确立，但其在滞育调控中的具体作用及在亚洲玉米螟（Ostrinia furnacalis）等农业害虫中的潜在机制仍了解较少。为了解决这一问题，研究人员鉴定了亚洲玉米螟的PTTH基因（OfPTTH），并利用RNA干扰（RNA interference, RNAi）和20-羟基蜕皮酮（20-hydroxyecdysone, 20E）救援实验研究了其时空表达和功能。研究结果表明，OfPTTH在滞育期表达最低，滞育终止后显著升高，并在滞育期间表现出延长的发育周期性。OfPTTH沉默与蜕皮激素信号基因表达降低相关，导致广泛的生理紊乱，包括蜕皮激素和保幼激素（juvenile hormone, JH）信号改变、胰岛素/胰岛素样生长因子（insulin/IGF）信号抑制、脂质代谢重编程（甘油三酯积累）受阻以及热休克蛋白表达降低。这些事件最终导致幼虫滞育样发育停滞、化蛹失败和死亡。外源20E处理促进了OfPTTH敲低幼虫的化蛹，并恢复了几种下游蜕皮激素信号基因的表达，表明20E信号受损是导致所观察到发育异常的因素之一。本研究支持PTTH–20E轴在亚洲玉米螟发育和滞育相关调控中发挥重要作用，并为进一步评估OfPTTH作为基于RNAi害虫管理的潜在靶标提供了基础。
亚洲玉米螟（Ostrinia furnacalis）是一种严重为害玉米的蛀食性害虫，主要侵食玉米的穗、叶、籽粒和茎秆，广泛分布于亚洲、西太平洋和澳大利亚。作为一种兼性滞育昆虫，其以成熟幼虫在寄主茎秆中滞育越冬，滞育结束后恢复生长发育。滞育策略虽有助于度过低温等不利条件，却导致世代重叠和防治窗口缩短，增加了田间防控难度。目前化学农药、赤眼蜂（Trichogramma ostriniae）和Bt制剂等防治手段存在抗药性、环境风险和防效不稳定等问题，因此亟需开发新型高效可持续的防控策略。RNA干扰（RNA interference, RNAi）技术因其靶标特异性基因沉默能力，被视为潜在的害虫防治工具，而识别和表征调控生长发育与滞育的关键基因是评估RNAi靶标的基础步骤。
在昆虫中，保幼激素（juvenile hormone, JH）和20-羟基蜕皮酮（20-hydroxyecdysone, 20E）协同调节蜕皮、变态和滞育。促前胸腺激素（prothoracicotropic hormone, PTTH）是由脑神经分泌细胞分泌的关键上游神经肽，经MAPK/ERK信号通路刺激前胸腺合成蜕皮激素，从而启动变态。尽管PTTH-蜕皮激素轴在发育中的作用已明确，但其在滞育调控中的具体作用及在亚洲玉米螟中的机制尚不清楚。研究人员基于此前转录组数据（OfPTTH在滞育期下调），系统评价了OfPTTH在幼虫发育、生长及滞育样发育停滞中的功能，以期为RNAi防控提供理论依据。
研究人员从中国农业科学院植物保护研究所获得初始亚洲玉米螟种群，在实验室以人工饲料饲养建立品系，实验采用第3–5代。主要技术包括：利用转录组数据与NCBI参考序列设计引物，RT-PCR克隆验证OfPTTH；使用ExPASy、SMART、WebLogo和MEGA等工具进行序列分析和系统发育分析；qPCR检测不同滞育状态、组织和发育阶段OfPTTH表达；采用脂质体介导的dsRNA注射（dsOfPTTH，对照dsGFP）进行RNAi沉默，在注射后24–72 h检测效率；通过qPCR检测下游JH、蜕皮激素、胰岛素/IGF、脂代谢及热休克蛋白基因表达；以20E进行救援实验；ELISA测定甘油三酯含量。应用Student’s t检验、单因素方差分析和Kaplan–Meier对数秩检验进行统计。
3.1 OfPTTH的鉴定与序列分析：RT-PCR扩增获得663 bp开放阅读框，编码220个氨基酸，预测分子量25.68 kDa，等电点6.66。SMART分析显示N端信号肽（第1–28位），无其他功能域；半胱氨酸残基在鳞翅目PTTH中高度保守。OfPTTH与Ostrinia nubilalis PTTH一致性最高（93.16%），与其他鳞翅目为41.03%–49.15%；系统发育树中与O. nubilalis聚支（99%支持率）。
3.2 OfPTTH的时空表达模式：qPCR显示，与非滞育相比，OfPTTH在滞育期显著下调，滞育终止后显著上调；滞育期各组织中表达均降低，尤以中肠和表皮显著。发育阶段表达呈波动模式，滞育期发育周期延长，第5龄30天出现表达剧增。
3.3 RNAi介导的OfPTTH沉默对幼虫发育及相关基因表达的影响
3.3.1 OfPTTH沉默效率验证：dsOfPTTH注射后24、36、48、72 h表达分别下降63.73%、71.06%、78.62%和47.46%，48 h效率最高。
3.3.2 OfPTTH沉默对滞育相关基因表达的影响：蜕皮激素信号基因OfEcR、OfUSP、OfERP和OfEIP均显著下调；JH信号中OfJHBP和OfKr-h1上调，OfJHEH和OfJHE下调；胰岛素信号OfInR和OfIRS显著下调；脂代谢基因OfFASN1呈上升趋势，OfTGL1显著下调；热休克蛋白基因OfHsp83极显著下调，OfHsp68无显著变化。
3.3.3 OfPTTH沉默对亚洲玉米螟生长和发育的影响：对照组于96 h开始正常化蛹；处理组出现黑化死亡和水泡破裂死亡，累计死亡率43.33%；化蛹率26.67%，且出现畸形蛹和黑化蛹；部分幼虫在2天起出现滞育样发育停滞，累计率30.00%；体重重复测量未显示显著组间差异。
3.3.4 OfPTTH沉默对甘油三酯含量的影响：处理后96 h，处理组甘油三酯含量显著高于对照组。
3.4 20E救援分析：dsOfPTTH+20E组于72 h开始化蛹，早于dsGFP+DMSO对照（96 h）；dsOfPTTH+DMSO组出现发育停滞。20E未恢复OfPTTH表达，但显著恢复OfUSP、OfEcR和OfERP表达，并逆转OfJHBP上调。需注意，化蛹和死亡未在救援组间进行正式统计，救援效果为定性支持。
讨论部分指出，OfPTTH蛋白大小与家蚕（约30 kDa）和烟草天蛾（约28 kDa）略有不同，但半胱氨酸残基高度保守，其中7个半胱氨酸形成“半胱氨酸结”结构，对PTTH与受体Torso结合至关重要。序列分析显示OfPTTH与O. nubilalis高度同源，但与其他鳞翅目差异较大。滞育期OfPTTH在各组织中普遍下调，提示其可能通过限制20E合成维持停滞；滞育末期表达剧增可能与终止启动相关。RNAi引起的基因表达变化表明，PTTH/20E信号减弱会抑制蜕皮激素信号、增强JH信号、抑制胰岛素/IGF通路、促进甘油三酯积累并改变热休克蛋白表达，这些变化共同构成滞育样生理状态。外源20E部分恢复了下游基因表达并促进化蛹，但未恢复OfPTTH，可能由于20E负反馈抑制。这些结果支持PTTH-20E轴参与亚洲玉米螟发育和滞育调控，但20E缺乏并非发育停滞的唯一原因。
结论：本研究提示，OfPTTH沉默改变了蜕皮激素信号相关基因的表达，从而减弱蜕皮激素信号，增强保幼激素信号，抑制胰岛素/IGF信号通路，重编程脂质代谢（特别是甘油三酯积累），并调节热休克蛋白表达。这些生理变化与幼虫滞育样发育停滞、化蛹失败和死亡率增加相关。此外，外源20E补充部分恢复了下游信号基因的表达并减轻了所观察到的发育缺陷；这些发现支持发育停滞与20E信号降低有关的假说。然而，20E未能恢复OfPTTH表达，且该结果并不确认发育停滞主要由20E缺乏驱动。总体而言，这些发现表明OfPTTH是亚洲玉米螟幼虫生长发育的重要调控因子，且OfPTTH–20E信号轴可能参与滞育相关发育调控。
