玉米叶诱导的草地贪夜蛾L-氨基酰化酶降解脂肪酸-氨基酸缀合物并促进幼虫生长的分子机制

草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）通过唾液腺中玉米叶诱导表达的L-氨基酰化酶（SfruACY）降解脂肪酸-氨基酸缀合物（FACs），降低宿主玉米的诱导防御反应，从而促进幼虫生长。本研究利用CRISPR-Cas9技术构建SfruACY敲除株，结合转录组学和酶活分析，揭示了昆虫通过调控口腔分泌物（OS）成分适应专性寄主的分子机制，为靶向害虫防控提供新策略。

　　

在自然界中，植物与植食性昆虫的军备竞赛已持续了数亿年。作为这场竞赛的主角之一，草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）因其对玉米等禾本科作物的特殊偏好和强大的破坏力，成为全球关注的农业害虫。这种昆虫为何能如此高效地攻克玉米的防御系统？这个问题的答案可能隐藏在它们微小的唾液腺中。

植物在面对昆虫取食时会启动一系列诱导防御反应，其中脂肪酸-氨基酸缀合物（Fatty acid-amino acid conjugates, FACs）作为经典的昆虫口腔分泌物（Oral secretions, OS）成分，能够激活植物的茉莉酸信号通路和挥发性物质释放。有趣的是，长期以玉米为食的鳞翅目昆虫往往表现出较低的FACs含量，这暗示着可能存在一种宿主适应机制。

为了揭示这一现象背后的分子机制，中国农业科学院的研究团队开展了一项创新性研究。他们发现，当草地贪夜蛾幼虫取食玉米叶片时，其唾液腺中一个名为SfruACY的L-氨基酰化酶编码基因被特异性上调。通过CRISPR-Cas9基因编辑、体外酶活实验、比较转录组学和生物测定等多项技术，研究人员系统解析了SfruACY在昆虫-植物互作中的关键作用。

关键技术方法
研究采用多组学联用策略：通过RNA-seq分析玉米叶与人工饲料喂养的幼虫唾液腺转录组差异；利用原核表达系统获得SfruACY-GST重组蛋白进行体外FACs降解实验；通过CRISPR-Cas9构建SfruACY敲除突变体（SfruACY^-/-）；结合LC-MS定量分析OS中FACs含量；采用qRT-PCR和转录组学比较野生型与突变体诱导的玉米防御反应差异。实验使用的草地贪夜蛾种群采集自中国云南瑞丽玉米田。

Maize leaf diet induced expression of SfruACY in the larvae salivary glands
转录组分析发现，玉米叶喂养的幼虫唾液腺中有136个基因上调表达，其中SfruACY的表达量显著高于人工饲料组。组织特异性分析显示该基因在肠道和唾液腺高表达，系统发育分析证实其在鳞翅目昆虫中高度保守。

SfruACY catalyzed FAC degradation in vitro
体外实验证实重组SfruACY蛋白能有效降解三种主要FACs（volicitin、N-hydroxylinoleoyl-L-glutamine和N-linoleoyl-L-glutamine），并释放游离谷氨酸。这解释了为何野生型幼虫OS中FACs含量低于突变体。

SfruACY reduced FAC contents in OS and promoted FAW larvae performance on maize
基因敲除实验显示，SfruACY^-/-突变体幼虫在玉米上的生长显著受阻，但在人工饲料上无差异。OS成分分析发现突变体中FACs积累量比野生型高2-3倍，直接证实该基因的体内功能。

SfruACY suppressed inducible defense-related gene expression in maize
转录组比较揭示，SfruACY^-/-突变体取食的玉米叶片中防御相关基因（如响应茉莉酸、脱落酸和创伤的基因）表达量是野生型组的2倍。外源OS处理实验进一步验证这种差异源于FACs含量的变化。

这项研究首次阐明了草地贪夜蛾通过饮食诱导的SfruACY表达来调控OS成分，进而削弱宿主防御反应的完整分子通路。这种"隐形取食"策略解释了为何草地贪夜蛾能比其他鳞翅目害虫更有效地侵染玉米。从应用角度看，靶向SfruACY的精准防控技术（如RNA干扰）既能有效控制害虫，又可减少传统农药导致的抗性风险。该发现也为理解昆虫宿主专化性进化提供了新视角——不仅是解毒酶（如UDP-糖基转移酶），调控植物防御识别的"信号干扰"机制同样在宿主适应中发挥关键作用。

未来研究可进一步探索：不同地理种群中SfruACY的表达多态性；该基因在自然种群（含完整肠道微生物组）中的功能表现；以及通过多重基因编辑验证其他ACY家族成员的功能冗余性。这些工作将有助于开发基于昆虫-植物互作机制的下一代害虫治理策略。