CRISPR/Cas9介导的serpin15基因敲除揭示小菜蛾生殖与免疫调控新机制

【编辑推荐】小菜蛾（Plutella xylostella）严重危害十字花科作物，化学农药滥用导致抗性及污染问题。华南农业大学团队通过CRISPR/Cas9技术敲除serpin15基因，发现其通过抑制酚氧化酶（PO）活性调控免疫黑化反应，并影响产卵与胚胎孵化率，为靶向昆虫免疫-生殖系统的绿色防控策略提供理论依据。

　　

小菜蛾（Plutella xylostella）是全球十字花科作物的毁灭性害虫，长期依赖化学防治导致环境污染和抗药性加剧。面对这一困境，科学家将目光投向昆虫自身免疫与生殖系统的分子调控机制。丝氨酸蛋白酶抑制剂（serpins）家族在昆虫先天免疫黑化反应和发育中起关键作用，但具体成员功能尚未明确。华南农业大学团队在《Journal of Integrative Agriculture》发表的研究，首次揭示了serpin15基因在小菜蛾中的双重调控功能。

研究采用多组学联用策略：通过发育阶段蛋白质组学筛选关键serpin成员；RT-qPCR分析组织特异性表达；CRISPR/Cas9构建纯合敲除品系；重组蛋白回补实验验证功能。样本来源于实验室标准化饲养的小菜蛾种群，病原菌采用粘质沙雷氏菌（Serratia marcescens PS-1）。

表达模式分析

发现serpin15在雄性成虫性腺高表达，血淋巴中达峰值。PS-1感染后中肠呈现"先降后升"的动态调控模式，提示其参与免疫应答。

基因敲除表型

CRISPR/Cas9敲除导致纯合突变体后代产卵量下降28%，胚胎孵化率降低35%，证实其对生殖力的调控作用。

免疫调控机制

功能实验表明：①serpin15显著抑制酚氧化酶（PO）活性（P<0.01）；②外源添加重组serpin15蛋白可阻断血淋巴黑化反应；③该调控作用通过PS-1感染后的免疫黑化通路实现。

这项研究首次阐明serpin15通过"免疫-生殖"交叉调控网络影响小菜蛾种群增长：在免疫方面，通过抑制PO活性调控黑化级联反应；在生殖方面，影响卵子发生或胚胎发育。该发现为设计同时靶向昆虫免疫防御和繁殖力的新型生物农药提供了分子靶标，对减少化学农药依赖、发展可持续农业具有重要价值。研究建立的CRISPR/Cas9基因编辑平台也为其他农业害虫的功能基因组研究提供了技术范式。