10月28日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院董雙林和張進(jìn)教授團(tuán)隊(duì)在美國(guó)科學(xué)院院報(bào)（PNAS）上發(fā)表了題為“Male derived PBP4 is essential for sperm competition by mediating sperm motility in moths”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)甜菜夜蛾信息素結(jié)合蛋白PBP4通過(guò)保守的PBP-OR（信息素結(jié)合蛋白-氣味受體）途徑，參與精子在雌蟲(chóng)體內(nèi)從精包到受精囊的轉(zhuǎn)移進(jìn)而在精子競(jìng)爭(zhēng)中起重要作用。

在蛾類(lèi)昆蟲(chóng)中，雄蟲(chóng)依靠觸角上眾多的嗅覺(jué)感器來(lái)探測(cè)雌蟲(chóng)釋放的性信息素，從而準(zhǔn)確定位并和雌蟲(chóng)交配，其中起關(guān)鍵作用的PBP負(fù)責(zé)將進(jìn)入感器的性信息素分子運(yùn)輸?shù)礁杏X(jué)神經(jīng)元樹(shù)突膜上的信息素受體。團(tuán)隊(duì)多年來(lái)以甜菜夜蛾等為對(duì)象，圍繞夜蛾科昆蟲(chóng)PBP基因的進(jìn)化和功能分化進(jìn)行了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)雄蛾觸角中普遍表達(dá)3個(gè)PBP基因（PBP1-3），且3個(gè)基因均為觸角特異或高表達(dá)，共同參與對(duì)雌蛾性信息素的感受。此外，團(tuán)隊(duì)還首次發(fā)現(xiàn)了夜蛾科第4個(gè)PBP基因（PBP4），該基因和PBP1-3在同一條染色體上緊密相鄰，但只在雄性生殖系統(tǒng)中表達(dá)，生理功能不明。

研究發(fā)現(xiàn)，PBP4蛋白在雄蛾附腺中特異表達(dá)，并在交配過(guò)程中和精液一起以精包的形式轉(zhuǎn)移到雌蟲(chóng)體內(nèi)，說(shuō)明PBP4是在雌蟲(chóng)體內(nèi)發(fā)揮功能。然而，利用PBP4敲除品系進(jìn)行測(cè)定發(fā)現(xiàn)，PBP4敲除對(duì)與之交配后雌蟲(chóng)的產(chǎn)卵量、卵孵化率和再交配率均無(wú)顯著影響。鑒于甜菜夜蛾雌蟲(chóng)為多次交配型，團(tuán)隊(duì)對(duì)PBP4在精子競(jìng)爭(zhēng)中的作用進(jìn)行探究，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)PBP4敲除降低了精子的競(jìng)爭(zhēng)力。

PBP4如何影響精子的競(jìng)爭(zhēng)力？Orco作為共受體參與性信息素等氣味物質(zhì)的感受，同時(shí)有文獻(xiàn)報(bào)道Orco還在多種昆蟲(chóng)的精子膜上表達(dá)。團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，甜菜夜蛾P(guān)BP4敲除導(dǎo)致雄蟲(chóng)生殖系統(tǒng)中Orco基因的表達(dá)量大幅提高，并且Orco敲除雄蟲(chóng)的精子競(jìng)爭(zhēng)力同樣降低，與PBP4敲除的表型相同。該結(jié)果表明，PBP4和Orco在同一個(gè)通路中發(fā)揮作用，PBP4與Orco的敲除均導(dǎo)致精子運(yùn)動(dòng)能力降低，從而減少了轉(zhuǎn)移到受精囊中的精子數(shù)量。

鑒于PBP等氣味結(jié)合蛋白均通過(guò)對(duì)活性小分子化合物的結(jié)合或運(yùn)輸而發(fā)揮不同的功能，團(tuán)隊(duì)推測(cè)PBP4可能也結(jié)合特定的內(nèi)源化合物并從雄性附腺運(yùn)輸至交配囊，然后激活精子表面的ORx/Orco陽(yáng)離子通道，從而促進(jìn)精子的運(yùn)動(dòng)。體外精子運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)表明，相比于野生雄蟲(chóng)，PBP4敲除雄蟲(chóng)精液提取物顯著降低了精子的運(yùn)動(dòng)能力；同時(shí)Orco的特異性激動(dòng)劑VUAA1在不同濃度下均可促進(jìn)野生及PBP4敲除雄蟲(chóng)精子的運(yùn)動(dòng)，但對(duì)Orco敲除雄蟲(chóng)的精子沒(méi)有作用，初步證實(shí)了該推測(cè)。

綜上，該研究發(fā)現(xiàn)夜蛾雄性附腺中特異且高表達(dá)的PBP4基因?yàn)榫痈?jìng)爭(zhēng)所必需，揭示了其通過(guò)Orco促進(jìn)精子從精包向受精囊轉(zhuǎn)移的作用機(jī)制。PBP4與其同源基因PBP1-3雖然表達(dá)部位不同，但功能均與雄性生殖緊密相關(guān)，PBP1-3事關(guān)雄蛾定向配偶，PBP4則助力精子靠近卵子。研究成果深化了對(duì)昆蟲(chóng)PBP及雄性附腺蛋白進(jìn)化及功能分化的認(rèn)識(shí)，同時(shí)為針對(duì)雄性生殖的害蟲(chóng)防治技術(shù)的開(kāi)發(fā)提供了新靶點(diǎn)。

文章第一作者為南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士生何煜，通訊作者為南京農(nóng)業(yè)大學(xué)張進(jìn)教授和董雙林教授，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)閆祺副教授、研究生侯景昊、李穎、韋志強(qiáng)、郭金夢(mèng)、以及西南林業(yè)大學(xué)劉乃勇教授、馬普化學(xué)生態(tài)所Bill S. Hansson教授和Markus Knaden教授參與了相關(guān)研究。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。

文章鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2510155122