苦瓜叶提取物对入侵性潜叶蝇三叶斑潜蝇（双翅目：潜蝇科）的生物活性及分子响应

《Insects》：Bioactivity and Molecular Responses of Bitter Gourd Leaf Extracts Against the Invasive Leafminer, Liriomyza trifolii (Diptera: Agromyzidae)

　　

三叶斑潜蝇（*Liriomyza trifolii*）是全球蔬菜和观赏植物的害虫，也是中国的一种重要入侵物种。长期不合理使用化学杀虫剂已导致防治效果下降，促使人们对植物源替代品产生兴趣。苦瓜（*Momordica charantia*）提取物显示出对多种害虫的潜力，但其对三叶斑潜蝇的作用尚不清楚。为解决这一问题，研究人员首先进行了寄主适应性试验，结果表明三叶斑潜蝇在产卵和取食方面对菜豆的适应性显著高于苦瓜，且无法在苦瓜上完成其生活史。进一步用苦瓜叶乙醇提取物处理显示出剂量依赖的成虫毒杀活性；在LC₅₀浓度下，提取物不仅减少了取食孔和产卵量，还显著降低了卵孵化率和幼虫存活率，但对化蛹率和羽化率没有显著影响。为了阐明潜在的分子机制，研究人员随后进行了整合转录组学和代谢组学分析。转录组学鉴定了254个差异表达基因（DEGs），富集于核糖体、氧化磷酸化和过氧化物酶体通路，上调的DEGs包括卵黄蛋白降解蛋白酶和细胞色素P450。同时，代谢组学检测到272个差异代谢物（DEMs）：上调代谢物与嘌呤代谢相关，而下调代谢物与半胱氨酸/蛋氨酸和精氨酸/脯氨酸代谢相关。整合分析揭示“氨基酸生物合成”是唯一共同通路，其中S-腺苷-L-同型半胱氨酸、N-琥珀酰-LL-2,6-二氨基庚二酸和谷氨酰胺合成酶（Ltr05G008090）显示出显著相关性。这些发现表明，氨基酸和氮代谢的重编程可能参与响应，并可作为候选响应通路。因此，本研究可能为未来基于苦瓜叶提取物开发针对三叶斑潜蝇的植物源杀虫剂提供理论基础。

**苦瓜叶提取物对三叶斑潜蝇的生物活性及分子响应：一项多组学解读**

**研究背景与问题**

三叶斑潜蝇（*Liriomyza trifolii*）是全球蔬菜和观赏植物的重要害虫，也是中国的重要入侵物种。其幼虫潜食叶片形成蜿蜒虫道，抑制光合作用；成虫的取食和产卵孔为病原菌入侵提供通道。随着设施农业的规模化发展，潜叶蝇危害日益严重。该虫寄主范围广，涵盖豆科、茄科、葫芦科和十字花科等作物，且具有个体小、发育周期短、繁殖力高、扩散快及世代重叠等特点，田间暴发风险极高。长期以来，化学杀虫剂是主要防治手段，但因其对多种常规杀虫剂产生高抗性，传统化学防治效果持续下降，并伴随农药残留和环境污染等问题。因此，开发基于昆虫行为调控的环境友好型防治策略成为综合治理的重要方向。植物源活性物质通过次生代谢物的拒食、忌避或毒杀作用，干扰害虫取食、生长发育和繁殖，且具有环境相容性好、残留低、抗性风险小等优势。苦瓜（*Momordica charantia*）作为葫芦科植物，其果实和叶片富含苦味物质，已知具有杀虫活性，但以往研究多集中于美洲斑潜蝇（*L. sativae*），对三叶斑潜蝇仅鉴定出个别化合物具有产卵忌避作用，缺乏系统的生物活性验证和分子机制解析。鉴于两种斑潜蝇同属且生物学特性相似，研究人员假设苦瓜次生代谢物对三叶斑潜蝇同样具有防控潜力，并开展了本研究。

**研究内容与主要技术方法**

研究人员首先进行了寄主适合性试验，比较三叶斑潜蝇在菜豆和苦瓜上的取食与产卵行为。随后制备苦瓜叶乙醇粗提物，采用棉花饲喂法测定对成虫的毒力，计算LC₅₀。在LC₅₀浓度下，通过叶浸法处理菜豆幼苗，评估提取物对成虫取食、产卵以及后续卵孵化率、幼虫存活率、化蛹率和羽化率的影响。为阐明分子机制，研究人员对LC₅₀处理后存活24小时的成虫（样本来源：实验室饲养种群，采自江苏扬州，2015年采集）进行了转录组测序（Illumina HiSeq 2500）和LC-MS非靶向代谢组学分析，运用DESeq2鉴定差异表达基因（DEGs），通过OPLS-DA模型和VIP值筛选差异代谢物（DEMs），最后进行KEGG通路整合分析和相关性网络构建。关键方法包括：超声辅助乙醇提取、转录组测序与RT-qPCR验证、代谢组学液质联用分析、多组学联合通路富集。

**研究结果**

**3.1 不同寄主上的取食与产卵**：寄主适合性试验显示，三叶斑潜蝇在菜豆上的取食孔数和产卵量均显著高于苦瓜（取食孔：t=10.02，p<0.001；产卵：t=9.34，p<0.001），且在苦瓜上无法完成完整世代，无幼虫潜道形成。这表明苦瓜对三叶斑潜蝇具有天然的非寄主抗性和产卵忌避作用。

**3.2 苦瓜叶提取物的毒杀作用**：经棉芯饲喂法测定，提取物对成虫的毒力呈剂量依赖性，24小时毒力回归方程为y=1.022x?0.718，R2=0.831，LC₅₀为5.042 mg/mL。

**3.3 对生长发育的抑制效果**：在LC₅₀浓度下，处理组菜豆幼苗上的取食孔数显著低于对照组（t=3.77，p=0.0037），产卵量亦显著降低（t=4.82，p=0.0007）；卵孵化率（t=3.01，p=0.0132）和幼虫存活率（t=2.77，p=0.0198）均显著下降；但化蛹率（t=1.28，p=0.2310）和羽化率（t=1.38，p=0.1964）无显著差异。说明提取物主要作用于成虫行为和早期幼虫阶段，对蛹期影响有限，呈阶段特异性抑制模式。

**3.4 转录组分析及验证**：转录组共鉴定254个DEGs（187个上调，67个下调）。KEGG富集显示“核糖体”和“氧化磷酸化”通路显著上调，而“药物代谢”通路下调。上调基因中包括核糖体蛋白L39（RPL39）、细胞色素c氧化酶亚基7A1（COX7A1）、谷氨酰胺合成酶和UDP-糖基转移酶UGT5，提示蛋白质合成、能量代谢、氮同化和解毒代谢被激活；下调基因涉及组蛋白去乙酰化酶HDAC1、Sp?tzle 4（Toll免疫通路）和过氧化物酶体酰基辅酶A氧化酶1，表明免疫和脂质代谢受抑。RT-qPCR验证了8个DEGs，与转录组数据显著相关（R2=0.59，p=0.03）。

**3.5 代谢组分析**：共检测到272个显著差异代谢物（185个上调，87个下调）。上调代谢物以萜类脂质为主（如8′-apo-β-胡萝卜素-8′-醇、山楂酸3-O-β-D-葡萄糖苷、去氧马钱苷酸），还包含次黄嘌呤、脱氧肌苷等嘌呤代谢物；下调代谢物涉及甘油二酯、(-)-茉莉酸、PGD2乙醇酰胺、1-甲基鸟苷等，提示脂质储存、胁迫信号和嘌呤代谢受抑。KEGG富集显示新霉素、卡那霉素和庆大霉素生物合成、类固醇生物合成、花生四烯酸代谢等通路显著上调，而血管平滑肌收缩和硫辛酸代谢下调。

**3.6 差异基因与差异代谢物关联分析**：联合通路分析揭示“氨基酸生物合成”是转录组和代谢组唯一共同富集的KEGG通路。相关性网络显示，谷氨酰胺合成酶基因Ltr05G008090与S-腺苷-L-同型半胱氨酸（SAH，log2FC=1.36）和N-琥珀酰-LL-2,6-二氨基庚二酸（log2FC=?1.60）显著相关。SAH是转甲基化反应的产物，可反馈抑制甲基转移酶；N-琥珀酰-LL-2,6-二氨基庚二酸是细菌赖氨酸生物合成途径的中间体，昆虫缺乏该途径，必须从食物中获取赖氨酸。谷氨酰胺合成酶是昆虫氮代谢的核心酶，其上调暗示氮同化增强。

**讨论与结论**

讨论部分指出，寄主适合性试验结果与美洲斑潜蝇一致，表明苦瓜对斑潜蝇属具有广谱抗性。提取物的LC₅₀处理显著抑制成虫取食和产卵，并降低卵孵化率和幼虫存活率，但化蛹率和羽化率无显著变化，这种阶段特异性可能归因于蛹期表皮结构和代谢特性改变使其耐受性增强。提取物中的苦瓜素、倍半萜和黄酮类等次生代谢物通过多靶点协同作用，产生毒性、拒食、生长抑制和酶活性干扰。转录组和代谢组的联合分析揭示了氨基酸生物合成通路的核心地位，谷氨酰胺合成酶基因Ltr05G008090可能是关键候选靶点。SAH的积累可能干扰甲基化循环和激素合成，而N-琥珀酰-LL-2,6-二氨基庚二酸的下降可能与共生微生物协作的赖氨酸合成受抑有关。这些代谢紊乱与解毒能力不足共同导致昆虫发育失败。

结论部分翻译如下：总之，尽管三叶斑潜蝇是多食性害虫，但它在苦瓜上表现出显著的产卵抑制，苦瓜乙醇提取物表现出显著的剂量依赖性杀虫活性和阶段特异性的生长发育抑制效果。苦瓜提取物对三叶斑潜蝇的防治效果主要通过干扰物质和能量代谢、抑制解毒系统功能以及破坏早期发育过程来实现，其中“氨基酸生物合成”通路和关键分子如谷氨酰胺合成酶基因Ltr05G008090可作为重要的候选靶点。本研究的发现可为理解苦瓜与斑潜蝇属之间的相互作用提供有用的分子见解，并有助于加深对植物源害虫管理策略的理解。