近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院嚴(yán)智超副教授與浙江大學(xué)葉恭銀教授團(tuán)隊(duì)合作在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）上發(fā)表題為“Duplication of a conserved mitochondrial enzyme gene arms parasitoid wasps with venom cytotoxicity and oogenesis regulation”的研究論文，系統(tǒng)揭示了寄生蜂蝶蛹金小蜂線(xiàn)粒體基因犬尿氨酸轉(zhuǎn)氨酶基因PpupCCBL（Pteromalus puparumcysteine-s-conjugate beta-lyase）通過(guò)基因復(fù)制事件獲得毒液細(xì)胞毒性及調(diào)控卵巢發(fā)育新功能的演化機(jī)制，為昆蟲(chóng)基因家族功能演化多樣性及寄生蜂與寄主互作研究領(lǐng)域提供了新視野。

寄生蜂是一類(lèi)重要的天敵昆蟲(chóng)，其所攜帶的控害因子種類(lèi)眾多，毒液作為關(guān)鍵因子，在調(diào)控寄主害蟲(chóng)免疫、發(fā)育和代謝等過(guò)程中起重要作用。因其毒液蛋白編碼基因具有快速演化、高表達(dá)和組織特異等特征，寄生蜂已成為研究害蟲(chóng)生防、昆蟲(chóng)生理、遺傳演化等重要科學(xué)問(wèn)題的模式物種之一。

該研究首先對(duì)蝶蛹金小蜂Pteromalus puparum雌蜂毒液進(jìn)行分離，通過(guò)細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)鑒定獲得一個(gè)具有細(xì)胞致死效果的毒液蛋白組分犬尿氨酸轉(zhuǎn)氨酶PpupCCBL9，并體外驗(yàn)證其可誘導(dǎo)寄主菜粉蝶Pieris rapae蛹血細(xì)胞及多種昆蟲(chóng)細(xì)胞系死亡，而對(duì)人胚腎HEK 293T細(xì)胞系無(wú)顯著致死效果。蛋白質(zhì)互作研究結(jié)果表明，PpupCCBL9的靶標(biāo)蛋白為胞內(nèi)氯離子通道CLIC，并明確PpupCCBL9與TnCLIC互作是其產(chǎn)生細(xì)胞毒性的內(nèi)因。通過(guò)基因組注釋與比較基因組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)犬尿氨酸轉(zhuǎn)氨酶基因CCBL在小蜂總科（Chalcidoidea）尤其在金小蜂科寄生蜂中發(fā)生了顯著的基因復(fù)制。其中一個(gè)復(fù)制基因PpupCCBL4在演化過(guò)程中丟失信號(hào)肽且高表達(dá)于卵巢，功能研究結(jié)果表明PpupCCBL4可通過(guò)調(diào)控卵黃蛋白沉積從而促進(jìn)卵巢發(fā)育。此外，研究發(fā)現(xiàn)PpupCCBL基因家族在演化中經(jīng)歷了一系列關(guān)鍵事件，包括：?jiǎn)适ё嫦然蚓€(xiàn)粒體定位肽和酶活性、獲得分泌型信號(hào)肽、轉(zhuǎn)變表達(dá)模式、發(fā)生正選擇，以及建立全新的蛋白質(zhì)互作。生物體內(nèi)保守祖先基因通過(guò)基因復(fù)制，逐步獲得全新生物學(xué)功能這一完整演化軌跡在金小蜂中亦保守存在。上述研究結(jié)果不僅深化了對(duì)基因家族功能多樣性形成機(jī)制的理解，也為農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)綠色防控提供了全新靶標(biāo)，同時(shí)拓展了對(duì)寄生蜂毒液適應(yīng)性演化機(jī)制的認(rèn)識(shí)。

蝶蛹金小蜂犬尿氨酸轉(zhuǎn)氨酶PpupCCBL的演化軌跡和功能多樣化

浙江大學(xué)昆蟲(chóng)所葉恭銀教授、方琦副教授與南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院嚴(yán)智超副教授為論文共同通訊作者，浙江大學(xué)昆蟲(chóng)所博士后宋吉強(qiáng)為第一作者。浙江大學(xué)昆蟲(chóng)所研究生齊梓涵、何純、羅桂林，袁搏博士、楊義博士、汪芳博士和寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院肖山博士也參與了此項(xiàng)研究。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、面上項(xiàng)目和國(guó)家資助博士后研究人員計(jì)劃B檔等項(xiàng)目支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2512820122