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为探究 Atrijuglans aristata 对寄主植物的适应机制，首都师范大学等研究人员开展了对其解毒基因的研究。通过基因家族鉴定、转录组分析等，发现 12 个候选 P450 基因参与寄主适应，为核桃害虫治理提供了理论依据。
在植物与植食性昆虫漫长的 “军备竞赛” 中，植物进化出众多防御手段，比如释放像核桃青皮中胡桃醌（juglone）这样的次生代谢产物来抵御昆虫侵害。然而，核桃害虫 Atrijuglans aristata 却能在富含这些有毒物质的环境中生存繁衍，其背后的分子机制一直是个谜。这一问题严重影响核桃产量，制约核桃农林产业发展。为解开谜团，首都师范大学联合中国科学院动物研究所等机构的研究人员，针对 Atrijuglans aristata 展开了深入研究，相关成果发表在《BMC Genomics》上。
研究人员运用多种技术手段开展研究。在样本采集与测序方面，从山东济南核桃园收集样本，对幼虫饥饿处理前后的肠道进行转录组测序。基因家族鉴定时，利用基因组数据和注释文件，结合 blastp 比对和隐马尔可夫模型（Hidden Markov Model）筛选候选基因。通过系统发育分析、差异表达分析、富集分析以及同源建模和分子对接等方法，对数据进行全面剖析。
研究结果如下：
- 基因家族鉴定：在 Atrijuglans aristata 基因组中注释出 84 个 P450（细胞色素 P450 单加氧酶，P450 monooxygenases）、58 个 COE（羧酸酯酶，carboxylesterases）、34 个 GST（谷胱甘肽 S - 转移酶，glutathione S - transferases）、26 个 UGT（尿苷二磷酸糖基转移酶，UDP - glycosyltransferases）和 57 个 ABC（ATP 结合盒转运蛋白，ATP - binding cassette transporters）基因。与其他昆虫对比，发现多食性昆虫的解毒相关基因家族数量普遍多于专食性昆虫12。
- 系统发育分析：构建系统发育树，将 Atrijuglans aristata 的 P450 基因分为四个类群（clan2、clan3、clan4 和 clanMITO）。其中，clan3 和 clan4 基因数量较多，部分 P450 基因在染色体上呈簇状分布3。
- 差异表达分析：对幼虫饥饿处理后的转录组分析显示，与正常取食相比，383 个基因显著下调，这些基因多富集在 P450 解毒代谢相关通路。此外，还有 201 个基因显著上调，主要富集在 Toll 和 Imd 信号通路等45。
- 同源建模和分子对接：对 12 个显著下调的 P450 基因进行同源建模和分子对接，结果表明这些 P450 蛋白与 juglone 有很强的结合亲和力，结合位点靠近血红素铁，且精氨酸（ARG）是形成氢键频率最高的氨基酸67。
研究结论和讨论部分指出，Atrijuglans aristata 的解毒相关基因家族数量与其他专食性昆虫相近，12 个候选 P450 基因可能参与其对寄主植物的适应过程。不过，该研究仍存在一些局限性，如无法确定显著下调的 P450 基因对昆虫生长发育和抗饥饿能力的影响，其他解毒基因在 juglone 降解中的作用也有待明确，且目前研究主要基于生物信息学分析和计算机模拟，后续还需通过 RNA 干扰（RNAi）或 CRISPR - Cas9 等技术进行功能验证。但总体而言，该研究为核桃害虫的防治提供了重要理论基础，也为植物 - 昆虫相互作用的研究开辟了新方向。
