近日，生命与环境科学学院唐斌教授团队在昆虫学领域知名学术期刊Entomologia Generalis上发表了题为Validamycin affects the development and chitin metabolism in Spodoptera frugiperda by inhibiting trehalase activity的学术论文。

研究人员详细介绍了海藻糖酶抑制剂井冈霉素对鳞翅目昆虫草地贪夜蛾的杀虫潜力及其作为用于害虫控制的新型杀虫剂的潜力，并通过显微注射法向草地贪夜蛾注射井冈霉素(1 μg/μL)的实验证明，海藻糖酶活性及葡萄糖含量和糖原含量均有下降，几丁质酶的活性及几丁质合成通路和降解通路关键酶基因的表达量均呈现负面影响，同时，各龄期幼虫存活率的降低和发育时间的延长也说明，草地贪夜蛾的生理代谢（海藻糖代谢、几丁质代谢）和生长发育均受到影响。

草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda（Fall armyworm，FAW）是世界上主要的多食性鳞翅目害虫，对其管理主要依靠化学农药和转基因作物（如Bt玉米）。然而，在农作物中大量使用化学药物会对非靶向生物造成危害，也可能导致其对不同杀虫剂产生抗药性。因此，研究人员尝试采取了一种环境友好、可持续的害虫控制策略，用以防治草地贪夜蛾这一农业害虫。

海藻糖存在于除哺乳动物外的生物中,是其唯一的降解酶。有效的海藻糖酶抑制剂，如井冈霉素，其应用能够缓解传统农药带来的环境污染和抗药性等负面影响。尽管井冈霉素在抑制一些真菌和害虫方面的功能已经被研究过，但在鳞翅目昆虫控害方面的应用却很少被报道。在此背景下，研究人员深入研究井冈霉素对草地贪夜蛾的海藻糖代谢和几丁质生物合成途径的影响，并探讨井冈霉素是否能够有效抑制草地贪夜蛾的生长和发育。

井冈霉素对海藻糖酶活性的抑制呈剂量性依赖

利用显微注射法向FAW体内导入井冈霉素，处理后48 h测定FAW海藻糖酶活性，处理组可溶性海藻糖酶活性与对照组相比有显著差异，除了0.5 μg/μL组，其他处理组的酶活性都显著性减少。1 μg/μL、5 μg/μL和10 μg/μL的井冈霉素处理后时，膜结合型海藻糖酶活性也显著降低（图1B），而其他浓度与对照组没有差异（P > 0.05）。这表明，井冈霉素可以稳定抑制FAW海藻糖酶活性，且两种类型的海藻糖酶活性被不同浓度井冈霉素抑制，最低有效浓度为1 μg/μL。该浓度的井冈霉素被发现可降低FAW的葡萄糖含量和糖原含量（图2）。这是由于海藻糖酶的活性受到抑制，无法降解海藻糖导致了葡萄糖含量的降低，进而糖原的合成也相对减少。

图1 注射五种不同浓度的井冈霉素48 h后，海藻糖酶活性的变化（CK：对照）。（A）可溶性海藻糖酶活性的变化；（B）膜结合型海藻糖酶活性的变化。数值以平均值±SE表示，不同字母在同一参数内差异显著，P<0.05（方差分析，Tukey事后检验）。

图2 海藻糖含量（A）、葡萄糖含量（B）和糖原含量（C）在井冈霉素注射48 h后的变化。数值以平均值±SE表示，*: P < 0.05（独立样本t检验）。

井冈霉素可对草地贪夜蛾生长发育产生负面影响

由图3A可以观察到对照组FAW在5龄后开始死亡，死亡龄期迟于处理组昆虫。推测井冈霉素处理组的FAW中观察到的死亡龄期过早的情况，可能与蜕皮失败、不完全化蛹、成虫无法破蛹或破蛹后成虫翅膀畸形有关（补充图1），尽管两组在化蛹和羽化方面没有发现显著差异（图3B）。由于FAW体内葡萄糖含量降低，能量供应减少，进而导致井冈霉素处理组在FAW各期的发育历期比对照组长。（图4A）。此外，不同阶段幼虫体长在处理组和对照组之间没有显著差异（图4B）。

图3 注射1 μg/μL井冈霉素后，草地贪夜蛾幼虫的死亡数量和表型（CK：对照）。记录从井冈霉素处理后到成虫羽化过程的死亡数（A）；草地贪夜蛾的化蛹率和羽化率（B）。数值以平均值±SE表示，NS：无显著性（独立样本t检验）。

图4 用井冈霉素处理后草地贪夜蛾幼虫的发育时间（CK：对照）。每个阶段（4龄幼虫至成虫阶段）所需的生长时间（A）；不同阶段幼虫体长（B）。数值以平均值±SE表示，*: P < 0.05, **: P < 0.01（独立样本t检验）。

补充图1 井冈霉素处理后草地贪夜蛾各龄期的异常表型

井冈霉素亦可抑制几丁质酶活性并引起海藻糖/几丁质代谢通路的紊乱

相较于CK组（14.521±1.758 mg/h/g），处理组的几丁质酶活性（6.720±0.676 mg/h/g）下降了52.7%，几丁质含量（0.153±0.016μg）显著增加，这表明几丁质酶的活性显著降低。用qRT-PCR测定几丁质生物合成相关基因的相对表达水平（图5）。SfTRE1和SfTRE2相对表达水平显著低于对照组。参与几丁质生物合成途径的一些基因的相对表达水平上调，SfGFAT、SfGNPN和SfCHT相对表达水平显著上调。此外，其他相关基因的表达水平没有显著变化。

图5 井冈霉素（1μg/μL）处理48 h后，草地贪夜蛾幼虫与海藻糖代谢、几丁质生物合成相关基因的相对表达水平。两种海藻糖代谢途径基因（SfTRE1和SfTRE1）、七种几丁质生物合成途径基因（SfPAGM, SfHK2, SfG6PI, SfGFAT, SfGNA, SfUAP, SfCHSB）以及一种几丁质基因（SfCHT）在48 h后的表达情况。TRE1，可溶性海藻糖酶；TRE2，膜结合型海藻糖酶；PAGM，磷乙酰氨基葡萄糖变位酶；HK2，己糖激酶2；G6PI，葡萄糖-6磷酸异构酶。GFAT，果糖-6-磷酸转氨酶；GNA，葡萄糖胺-6-磷酸-N-乙酰转移酶；UAP，UDP-N-乙酰葡糖胺焦磷酸化酶；CHSB，几丁质合成酶B；CHT，几丁质酶。数值以平均值±SE表示，*: P < 0.05, **: P < 0.01，NS: 不显著（独立样本t检验）。

本研究证明井冈霉素可以稳定抑制海藻糖酶和几丁质酶的酶活性。根据实验结果能够进一步推测抑制海藻糖酶的活性可能会降低昆虫体内的葡萄糖含量，导致能量供应短缺，从而延长昆虫的发育时间。相反，下调几丁质酶的活性会导致几丁质的积累，导致昆虫无法脱落旧的外表皮，最终死亡。该研究成果证明了井冈霉素作为一种海藻糖酶抑制剂也可以抑制几丁质酶进而阻断几丁质的降解，为农业害虫控害提供了一种新的策略方针。

作者简介：

唐斌，中国足彩网_亚博足彩app-新万博体育在线推荐生命科学学院、教授、博士生导师。主要从事昆虫生理生化及害虫生物防治等研究工作。担任国际SCI期刊Frontiers in Physiology副主编和Agronomy学术编辑，《中国生物防治学报》编委等。主持和完成国家自然科学基金项目4项，国家重点研发项目子课题1项。以第一作者和通讯作者在Entomologia Generalis, Insect Science, Pest Management Science等期刊发表SCI论文40余篇；主编英文编著2部。