《Frontiers in Physiology》：Ricinine toxicity in susceptible lepidoptera involves perturbations in β-nicotinamide adenine dinucleotide metabolism
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蓖麻碱为一种植物源生物碱，具有强杀虫活性；然而其于不同昆虫物种间差异毒性的分子机制大多不明。研究人员采用整合非靶向代谢组学与转录组学，考察寄主植物范围不同的三种鳞翅目昆虫——家蚕（Bombyx mori）、斜纹夜蛾（Spodoptera litura）与蓖麻蚕
蓖麻碱为一种植物源生物碱，具有强杀虫活性；然而其于不同昆虫物种间差异毒性的分子机制大多不明。研究人员采用整合非靶向代谢组学与转录组学，考察寄主植物范围不同的三种鳞翅目昆虫——家蚕（Bombyx mori）、斜纹夜蛾（Spodoptera litura）与蓖麻蚕（Samia cynthia ricini）——对蓖麻碱的适应策略。三物种毒理响应显著分化：蓖麻碱致家蚕急性死亡，严重抑制斜纹夜蛾生长，对蓖麻蚕无显著不良影响。非靶向代谢组学与转录组学显示，家蚕代谢扰动最重，其次斜纹夜蛾，蓖麻蚕影响极微。物种间通路富集多为物种特异性，提示适应机制根本不同。整合分析鉴定出家蚕与斜纹夜蛾中关键代谢物（如腺嘌呤、黄素单核苷酸）归一化相对丰度下降，且与NAD/NADH连接能量代谢相关基因（如烟酸磷酸核糖转移酶（nicotinate phosphoribosyltransferase，NPH）、苹果酸脱氢酶（malate dehydrogenase，MDH）、乙酰辅酶A合成酶（acetyl-CoA synthetase，ACS））显著下调，关联β-NAD代谢与氧化磷酸化（oxidative phosphorylation，OXPHOS）相关通路。外源β-NAD补充缓解斜纹夜蛾蓖麻碱毒性，支持β-NAD相关代谢参与。蓖麻蚕虽蓄积最高水平蓖麻碱，仅呈边际代谢与转录扰动，表明演化出强健先天耐受机制。蓖麻碱与核型多角体病毒（nucleopolyhedrovirus，NPV）联用对斜纹夜蛾生长抑制与死亡强于单用，伴随细胞色素P450（cytochrome P450，CYP450）解毒酶活性显著抑制。研究阐明昆虫应对植物生物碱的演化策略，并为开发新型选择性害虫控制剂提供分子基础。
研究背景方面，植物经长期协同演化形成以生物碱等次生代谢物为核心的化学防御，蓖麻碱（ricinine）作为蓖麻（Ricinus communis）来源的吡啶类生物碱具强杀虫活性，但其在昆虫种间差异毒性的分子基础长期未被阐明。家蚕高度易感、斜纹夜蛾中度易感、蓖麻蚕专食蓖麻叶而表现强耐受，构成天然比较模型；此前物种特异性代谢响应与先天耐受机制研究碎片化，疫苗与解毒策略评价也受限于种间敏感性机制不清。因此研究人员以三家蚕科/夜蛾科鳞翅目昆虫为对象，用多组学框架解析从代谢脆弱到演化耐受的适应光谱，论文发表于《Frontiers in Physiology》。
主要关键技术方法上，研究人员建立三组幼虫队列：家蚕喂桑叶粉人工饲料、斜纹夜蛾喂标准人工饲料、蓖麻蚕喂木薯叶粉人工饲料，均不含蓖麻碱；以五龄幼虫血淋巴为样本来源，分别开展液相色谱串联质谱（LC-MS/MS）非靶向代谢组学、基于参考基因组或de novo组装的RNA测序（RNA-Seq）转录组学、DESeq2差异表达分析、KEGG/GO功能富集、RT-qPCR验证、外源β-NAD补充生物测定，以及蓖麻碱联合苜蓿银纹夜蛾多核型多角体病毒（AcMNPV）对斜纹夜蛾的活体联合处理与CYP450活性检测。
3.1 蓖麻碱对家蚕、蓖麻蚕与斜纹夜蛾幼虫的毒性测试
通过二至三龄幼虫饲喂0.2%与0.5%（w/w）蓖麻碱人工饲料并逐日称重，研究人员发现家蚕首日即生长抑制、活动下降并在四日内高死亡；斜纹夜蛾无死亡但0.5%组第3—4日体重降幅超50%；蓖麻蚕仅第2—3日短暂抑制、第4日恢复。结论为蓖麻碱表型效应具物种依赖性：急性致死、持续生长抑制与瞬时抑制三类模式。
3.2 蓖麻碱暴露后三种昆虫血淋巴代谢组学分析
以五龄幼虫48小时0.5%暴露血淋巴做LC-MS/MS与物种内PCA，家蚕与斜纹夜蛾代谢轮廓明显分离，蓖麻蚕处理组与对照组近乎重合；差异代谢物数量与KEGG首条富集通路各异。结论为家蚕与斜纹夜蛾存在可检测代谢扰动，蓖麻蚕响应有限。
3.3 三种昆虫蓖麻碱暴露后差异代谢物鉴定
研究人员在血淋巴中检出蓖麻碱，蓖麻蚕归一化相对浓度最高。家蚕与斜纹夜蛾中腺嘌呤、黄素单核苷酸（FMN）、烟酸、磷酸、苏氨酸下降，羧酸盐、丝氨酸、谷胱甘肽等相Ⅱ解毒相关代谢物变化；TCA循环核心代谢物在三物种均无显著改变。结论为扰动集中于OXPHOS与NAD相关辅因子，而非TCA循环本身。
3.4 蓖麻碱暴露后三种昆虫血淋巴转录组学分析
RNA-Seq显示家蚕224个、斜纹夜蛾228个、蓖麻蚕116个差异基因（DEGs）；PCA分离程度与DEG数量一致，蓖麻蚕转录重排最弱。KEGG富集分别为长寿调控、 pentose and glucuronate interconversions、Toll/Imd免疫信号。结论为蓖麻碱对蓖麻蚕mRNA转录影响最轻。
3.5 三种昆虫蓖麻碱暴露后DEGs鉴定
对解毒酶、免疫、能量代谢、消化酶类DEG计数可知，斜纹夜蛾上调P450、谷胱甘肽酶、溶菌酶等最多，家蚕消化与能量基因以下调为主，蓖麻蚕因de novo注释限制未获明确通路基因。结论为斜纹夜蛾启动更强解毒与免疫转录响应。
3.6 关键候选基因与蓖麻碱暴露关系分析
整合组学锁定NPH、乳酸脱氢酶（LDH）、MDH、乙醛酸还原酶/羟基丙酮酸还原酶（GRHPR）、羰基还原酶（CBR）、ACS、醛氧化酶（AO）；RT-qPCR验证家蚕与斜纹夜蛾中NPH、ACS、AO、MDH一致下调。结论为NAD/NADH连接反应与能量代谢基因协调变化支撑β-NAD相关机制。
讨论与结论翻译部分，研究人员指出：蓖麻碱易感鳞翅目昆虫毒性源于β-NAD代谢与OXPHOS相关能量代谢扰动，外源β-NAD可缓解斜纹夜蛾毒性；蓖麻蚕虽蓄积最高蓖麻碱却仅边际扰动，代表演化出的先天耐受策略；蓖麻碱与AcMNPV联用通过抑制CYP450解毒酶增强对斜纹夜蛾防控效果。该研究阐明昆虫—植物化学军备竞赛中代谢与转录层面适应机制，并为基于植物生物碱与病毒协同的选取型害虫管理提供分子依据。
