一个多世纪以来，昆虫内分泌学家已经了解了两种非肽类激素：保幼激素（JH）和20-羟基蜕皮激素（20E），它们协同调控着昆虫的基本生活史特征，包括生长、发育和繁殖。此外，最近的研究报告指出，这些多效性激素还能协调昆虫对病原侵染的防御反应。虽然这种由激素触发的病原防御对于昆虫生存至关重要，但其分子调控机制尚不完全清楚。
苏云金芽孢杆菌（Bt）是一种革兰氏阳性细菌，能产生多种杀虫毒素，在被昆虫摄食后破坏其肠道上皮细胞。这种破坏是细菌致病性的一个关键步骤，因为它允许细菌孢子进入昆虫体内并引发败血症。Bt的穿孔毒素首先通过结合特定的中肠受体来发挥其毒性，如钙黏蛋白（CAD）、碱性磷酸酶（ALP）、氨肽酶N（APN）和ATP结合盒（ABC）转运蛋白。依赖于Bt毒素杀虫活性的生物杀虫剂和转基因Bt作物已成为最成功的农业生物技术产品，用于控制昆虫害虫。然而，据报道，已有超过13种农业害虫对这些产品产生了实用性的抗性，严重威胁到基于Bt技术的可持续使用。
小菜蛾（Plutella xylostella）是首个在田间环境中发展出对Bt生物杀虫剂高度抗性的昆虫害虫，这使得它成为研究影响宿主-病原体相互作用的潜在分子调控网络的理想模型。最近，科研人员的研究发现，昆虫激素20E的高水平可以上调MAP4K4的表达，进而激活一个四级级联的丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号传导途径。这一过程导致不同中肠受体（如ALP、APN1、APN3a、ABCB1、ABCC2、ABCC3和ABCG1）的表达下降，同时非受体同源蛋白（如APN5、APN6和ABCC1）的表达增加，以此来抵抗Bt Cry1Ac毒素的致病效应。尽管科研人员已经证明了20E浓度升高在Bt耐受/抗性表型中的关键作用，但其背后的调控机制仍然模糊不清。
2024年7月14日，中国农科院蔬菜花卉研究所张友军研究员领衔的蔬菜虫害防控创新团队在Cell旗下综合国际期刊The Innovation发表了题为A midgut transcriptional regulatory loop favors an insect host to withstand a bacterial pathogen的研究论文。
越来越多的证据表明，与昆虫生长和发育相关的激素也参与了病原体防御。科研人员发现了一条先前未描述的中肠转录调控途径，该途径调节全球性害虫小菜蛾体内20-羟基蜕皮激素（20E）的可用性，使它能够克服昆虫病原体苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis, Bt）的主要致病因子。
减少转录抑制因子PxDfd的表达会增加中肠microRNA（miR-8545）的表达，而miR-8545反过来会抑制一个新识别的能降解蜕皮类固醇的葡萄糖脱氢酶（PxGLD）的表达。PxGLD的下调减少了20E的降解，从而增加了20E的浓度，并同时触发了一个转录负反馈循环以防止20E过量产生。中肠内适度升高的20E浓度激活了MAPK信号传导途径，增强了对Bt的耐受性和抗性。这些发现加深了我们对传统昆虫激素功能的理解，并为未来可能用于控制昆虫害虫的战略提供了信息。
简而言之，科研人员的研究表明，通过调控特定的转录抑制因子和microRNA，可以影响20E在害虫体内的水平，进而影响其对病原体的抵抗力，这为害虫管理提供了一种新的潜在机制。
文章来源：植物生物技术Pbj
