眼色素依赖的光感知调控草地贪夜蛾昼夜节律行为同步的机制研究

本研究通过CRISPR/Cas9技术敲除草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）眼色素基因cinnabar（cin）和cardinal，首次揭示眼色素缺失导致复眼褪色（由黑变红），并显著破坏成虫羽化、交配和产卵的昼夜节律行为。分子机制研究表明，复眼色素缺失引起光敏感基因（opsins）和节律核心基因（如period、timeless）表达紊乱，证明cinnabar通过介导光输入调控昼夜节律同步，为昆虫光感知-节律调控网络提供了新视角。

　　

Section snippets

Insect culture

草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）幼虫在人工饲料（Pinto et al., 2019）上饲养，实验室条件为温度26±1°C、相对湿度55±5%、光暗周期14:10小时（光照:黑暗）。孵化后的幼虫初期群养，至三龄后分装单独饲养。蛹期按性别分笼羽化，成虫饲喂10%蜂蜜水。

Knockout of cinnabar and cardinal induced a colorless eye phenotype

cinnabar基因组序列（LOC118267147）全长11861 bp，其编码区（CDS）为1338 bp，包含10个外显子；cardinal基因组序列（LOC118276246）全长27144 bp，CDS为2484 bp，含13个外显子。为敲除cinnabar基因并确保功能破坏，本研究同时使用靶向exon 3和exon 8的sgRNA诱导大片段缺失（图2A）。针对cardinal基因，则设计靶向exon 5和exon 13的sgRNA。

Discussion

多数研究仅关注cinnabar作为标记基因的潜力（Xue et al., 2018）或其编码产物KMO（kynurenine-3-monooxygenase）的线粒体功能（Maddison et al., 2020），但鲜有研究认识到cinnabar对昆虫节律行为的深远影响。本研究利用CRISPR/Cas9系统证明了cinnabar在草地贪夜蛾光感知中的作用——其通过维持昼夜节律进而影响关键行为（如羽化、交配和产卵），为开发基于光调控的害虫绿色防控策略提供了理论依据。