CRISPR/Cas9技术揭示zasp52基因在梨小食心虫生长发育与飞行能力中的关键作用

梨小食心虫（Grapholita molesta）是危害果树的重要害虫，其飞行能力与宿主转移密切相关。为解决该害虫防控中基因功能未知的问题，研究人员通过CRISPR/Cas9技术靶向敲除zasp52基因，发现其缺失导致幼虫期延长、繁殖力下降及飞行肌Z-盘（Z-disc）结构破坏，首次在非模式昆虫中揭示了zasp52对肌肉发育和飞行能力的调控机制，为害虫防治提供了新靶点。

　　

梨小食心虫（Grapholita molesta）作为桃、梨等果树的主要蛀果害虫，每年造成巨大的经济损失。这种害虫虽飞行能力较弱，但少数个体的远距离飞行对其种群扩散和宿主转移至关重要。然而，调控其飞行能力的基因机制一直未被阐明。与此同时，Z-盘（Z-disc）作为肌肉收缩的最小功能单元，其核心组分Zasp（Z band alternatively spliced PDZ-motif protein）在脊椎动物中被证实与心脏和肌肉发育相关，但在昆虫中仅于果蝇（Drosophila melanogaster）中有初步研究。这种知识空白限制了人们对昆虫飞行肌发育机制的理解，也阻碍了基于基因靶标的害虫防控策略开发。

为解决这一问题，中国陕西省杨凌的西北农林科技大学研究人员通过基因组和转录组数据，首次从梨小食心虫中鉴定出zasp52同源基因Gmzasp52。该基因编码含PDZ结构域（蛋白质相互作用模块）、ZM基序和4个LIM结构域（锌指蛋白结合域）的蛋白，与果蝇Zasp52具有相似特征。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，团队成功构建了Gmzasp52纯合敲除品系（Zasp52-KO），并通过qPCR验证了敲除效率。结合生命表分析、飞行磨测试和透射电镜观察，系统评估了该基因对害虫表型的影响。

主要技术方法

研究采用CRISPR/Cas9构建基因敲除品系，通过qPCR检测基因表达；利用人工饲料饲养体系建立野生型与突变体种群；采用生命表分析统计发育周期、繁殖参数；通过飞行磨系统量化飞行能力；借助透射电镜观察飞行肌超微结构。

研究结果

1. Gmzasp52序列与系统进化分析

   Gmzasp52含14个外显子，编码1079个氨基酸，与鳞翅目家蚕（Bombyx mori）等昆虫聚为一支。不同于果蝇拥有zasp52、zasp66和zasp67三个旁系同源基因，梨小食心虫仅保留zasp52，提示其在非模式昆虫中可能承担更广泛功能。

2. 发育与组织表达模式

   qPCR显示Gmzasp52在幼虫期高表达，成虫胸部（含飞行肌）表达量显著高于其他组织，雌雄个体间无差异，暗示其功能保守性。

3. 基因敲除的表型效应

   敲除品系出现多重缺陷：幼虫期和产卵前期延长1.2倍，蛹期缩短18%；幼虫体重下降23%，蛹死亡率升高3倍；单雌产卵量减少47%。透射电镜显示突变体飞行肌Z-盘结构瓦解，肌原纤维排列紊乱，导致飞行距离和持续时间下降80%以上。

结论与意义

该研究首次在非模式昆虫中证实zasp52基因通过维持Z-盘结构完整性调控飞行肌发育，进而影响梨小食心虫的飞行能力与繁殖适合度。这一发现不仅拓展了对昆虫肌肉发育分子机制的认识，还为开发基于基因干扰的害虫防控策略提供了潜在靶标——通过抑制zasp52表达可显著削弱害虫扩散能力。论文发表于《Insect Biochemistry and Molecular Biology》，为农业害虫的功能基因组学研究提供了范式。