代谢网络重塑：PxJHE介导全球性农业害虫温度适应的多层级调控机制

为揭示农业害虫应对气候变化的分子机制，研究人员以全球性害虫小菜蛾(Plutella xylostella)为模型，通过CRISPR/Cas9基因编辑和代谢组学分析，发现PxJHE基因通过调控保幼激素(JH)稳态、代谢网络重构和抗氧化防御系统，形成多层级温度适应策略。该研究为理解害虫气候适应遗传架构提供了新视角，对开发靶向防控策略具有重要意义。

　　

随着全球气候变化加剧，极端温度事件频发，昆虫种群正面临前所未有的生存挑战。农业害虫如何在快速变化的环境中实现适应性进化，成为生态学和害虫防控领域的核心科学问题。传统研究多关注短期热激反应（如热休克蛋白Hsp表达），但长期多代适应的分子机制仍如"黑箱"般难以破解。小菜蛾(Plutella xylostella)作为全球最具破坏力的十字花科害虫，其惊人的环境适应能力背后隐藏着怎样的进化密码？

福建省农业科学院的研究团队通过长达三年的温度梯度驯化实验，成功培育出高温适应(HS)和低温适应(CS)的小菜蛾品系。结合多组学分析，他们锁定保幼激素酯酶基因PxJHE作为温度适应的关键调控因子。这项发表在《Insect Biochemistry and Molecular Biology》的研究，首次揭示了昆虫通过代谢网络重塑实现环境适应的多层级调控机制。

研究团队运用CRISPR/Cas9基因编辑构建PxJHE敲除株(JHE-MU)，结合时空表达谱分析、激素定量检测、生化指标测定和代谢组学等技术，系统解析了该基因的生物学功能。来自中国科学院的野生型品系(AD)作为对照，为研究提供了可靠的遗传背景。

结构进化分析揭示保守特性
PxJHE基因含6个外显子，编码590个氨基酸的蛋白，与云杉色卷蛾(Choristoneura fumiferana)等物种的JHE具有高度同源性。系统发育分析显示其在鳞翅目昆虫中具有典型的结构保守性，暗示其在激素调控中的基础性作用。

温度适应品系呈现表达重编程
时空表达谱显示，HS和CS品系在所有测试温度下PxJHE转录水平均显著低于祖先品系(AS)。这种"表达抑制"模式提示长期温度适应可能导致基因调控网络的根本性重构，而非简单的应激反应。

基因编辑验证核心生理功能
JHE-MU株表现出：1)发育期保幼激素(JH)滴度异常升高；2)极端温度耐受性受损；3)生活史参数改变。这些表型证实PxJHE通过水解JH的甲基酯键，精确调控激素稳态，进而影响温度适应能力。

代谢组学揭示网络重塑
PxJHE缺陷引发：1)脂质和总糖显著积累；2)超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性降低；3)三羧酸循环、糖酵解等通路关键酶(如6-磷酸果糖激酶PxPFK、激素敏感脂肪酶PxHSL)表达下调。这种"高储备-低动员"的代谢特征，解释了敲除株为何在资源充足情况下仍表现适应缺陷。

讨论与展望
该研究突破性地揭示了PxJHE介导的"激素-代谢-氧化应激"三位一体调控网络：1)通过降解JH维持发育与生殖的平衡；2)协调脂质/糖类代谢通路应对能量需求；3)调控抗氧化系统缓解温度应激损伤。这种多层级机制为理解昆虫气候适应提供了新范式，其独特之处在于：

首先，阐明长期适应与短期应激的本质差异。与热激蛋白(Hsp)等急性反应因子不同，PxJHE介导的是系统性、持久性的生理重构。其次，发现代谢可塑性(metabolic plasticity)是环境适应的核心策略，打破传统上单纯关注特定基因或通路的局限。最后，提出JH信号通路作为"中央处理器"，整合环境信号与生理响应的创新理论。

这项研究不仅为预测害虫分布区变化提供分子标记，更启示新型防控策略的开发：针对PxJHE-JH轴设计特异性抑制剂，可能同时破坏害虫的环境适应力和生殖力。未来研究可拓展至其他农业害虫体系，验证该调控网络的普适性，为应对气候变化下的害虫治理提供理论支撑。