Communications Biology | 基因组所解析草地贪夜蛾“逃逸”玉米防御响应的分子机制

近日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）农业昆虫基因组学创新团队在《通讯生物学（Communications Biology）》期刊上发表了题为“The Spodoptera frugiperda L-aminoacylase degrades fatty acid-amino acid conjugates and promotes larvae growth on Zea mays”的研究论文。该研究基于草地贪夜蛾幼虫取食玉米后的唾液腺转录组数据，鉴定了幼虫口腔分泌物（Oral secretions, OS）中一个能特异性降解植食性昆虫相关信号分子的L-氨基酸酰化酶（SfruACY），阐明了草地贪夜蛾幼虫“逃逸”玉米诱导型防御的分子机制。这一研究发现为草地贪夜蛾对玉米的寄主适应性分子机制提供了新见解，为草地贪夜蛾绿色防控鉴定了潜在的靶标基因。

草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）是近年入侵我国的重大农业害虫，其凭借惊人的扩散速度和强大的繁殖能力，对我国农业生产与粮食安全造成了重大威胁，是我国农业农村部认定的一类农业害虫。玉米（Zea mays）是我国最为重要的粮食作物之一，年种植面积超4.47×107 hm(2)，产量约2.9×108 t。研究表明，草地贪夜蛾对玉米具有明显的取食偏好性和寄主适应性。因此，解析草地贪夜蛾对玉米的寄主适应性分子机制，对于草地贪夜蛾绿色高效防治、保障玉米高产稳产具有重要意义。

本研究通过对比分析草地贪夜蛾幼虫取食人工饲料和玉米B73的唾液腺转录组数据，发现一个氨基酸酰化酶编码基因SfruACY在幼虫取食玉米叶片后显著上调表达。基于氨基酸酰化酶的生理活性，研究团队利用大肠杆菌介导的蛋白原核表达系统获取了SfruACY-GST重组蛋白。体外酶活性试验表明该蛋白可以降解幼虫OS中三种脂肪酸-氨基酸偶联物（Fatty acid-amino acid conjugates, FACs）。这些FACs分子是经典的植食性昆虫相关分子模式，是激活植物诱导型防御响应的重要信号分子。随后，研究团队利用CRISPR/Cas9技术构建了SfruACY(-/-)突变体虫系。与野生型幼虫相比，突变体幼虫OS中的FACs含量显著提升。同时，初孵幼虫生物测定试验表明突变体幼虫在人工饲料上生长正常，但在玉米上生长显著受限。为进一步证实SfruACY(-/-)突变体幼虫在玉米上的生长受限表型与玉米诱导型防御响应强度有关，研究团队比较分析了野生型和SfruACY(-/-)突变体幼虫分别取食24h后的玉米叶片转录组。结果发现，当玉米叶片被突变体幼虫取食时，响应茉莉酸、脱落酸和乙烯等三种植物防御激素相关基因的表达水平显著高于野生型幼虫取食的样本。此外，在机械损伤后的玉米叶片上涂抹SfruACY(-/-)突变体幼虫OS所诱导的玉米防御响应同样显著高于涂抹野生型幼虫OS的对照组玉米叶片。以上结果均证明了SfruACY的功能可显著降低玉米诱导型防御响应。

综上所述，该研究表明草地贪夜蛾幼虫能够在取食玉米后提高SfruACY的基因表达，从而主动地降低OS中FACs含量，使玉米的诱导型防御响应维持在较低水平，进而促进幼虫生长发育。这一研究结果表明，植食性昆虫可通过降低OS中植物防御响应激发子含量提高自身对偏好性植物的寄主适应性。

基因组所（大鹏湾实验室）博士后李彬为该论文第一作者，王桂荣研究员和周绍群研究员为该论文共同通讯作者；基因组所（大鹏湾实验室）博士后罗妹（已出站）、澳门大学博士刘小凤和中国科学院昆明植物研究所齐金峰副研究员为项目实施提供了支持与帮助；中国农业大学石旺鹏教授为本研究提供了重要指导。该研究得到了深圳市科技计划项目、国家自然科学基金、深圳市大鹏新区科技创新和产业发展专项资金的资助。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s42003-025-08048-1