神经肽NPF对亚洲玉米螟幼虫取食识别和互作的调控机制

Feeding of pests is directly related to demage and reduction of output of agricultural crops. Therefore, the study on feeding mechanism has important scientific meaning and applying value. The neuropeptide F (NPF) was found to be involved in regulation of many physiological and behavioral activities, such as feeding, reproduction, and so on. However, it almost has not reported on agricultural pests. Our previous studies on Ostrinia furnacalis, Helicoverpa armigera and Helicoverpa assulta showed that NPF exists in all these species and regulates feeding behavior, indicating that NPF is prevalent and important for further studies. The O. furnacalis is one of important agricultural and economic pests. Based on the previous work, this project will further work on molecular mechanism of feeding damage regulated by NPF in O. furnacalis , mainly including: 1) mechanism of larval taste recognition in taste system regulated by NPF; 2) mechanisms of the cell signal pathway and membrane permeability in midgut regulated by NPF; 3) mechanisms of energy synthesis and metabolism in larval fat body regulated by NPF. This project is going to elucidate the regulatory mechanisms of feeding recognition and interactions, which would have a crucial theoretical significance for pest biological control of high effection and low toxicity.

害虫的取食与农作物的受损和减产直接相关，因此对其取食机理的研究具有重要的科学意义和应用价值。昆虫神经肽F（NPF）是一类功能广泛的调控因子，参与调控其取食、生殖等许多生理和行为活动。然而，NPF对取食调控的研究在害虫中鲜有报道。我们近年来研究发现亚洲玉米螟、烟夜蛾和棉铃虫均具有NPF且调控其幼虫的取食，说明在鳞翅目害虫中NPF调控取食是普遍发生的，因此深入开展其内在机理研究十分重要。亚洲玉米螟是我国的重要农业和经济害虫之一，幼虫的取食危害极其严重。该项目拟在前期研究基础上进一步探索NPF对亚洲玉米螟取食危害的分子调控机理，主要包括：1）NPF对幼虫味觉系统食物识别的调控机理；2）NPF对中肠细胞中信号通路和膜通透性的作用机理；3）NPF调控幼虫脂肪体能量合成和代谢的机理。该项目的立项和实施将揭示害虫NPF调控取食识别与互作的内在分子机制，为高效低毒和环境友好的害虫防治提供重要的理论依据。

NPF（neuropeptide F）神经肽是无脊椎动物特有的一类神经肽，在动物的取食中起着重要的调控作用，但内在调控机理尚不清楚。我们前期的研究发现，NPF在鳞翅目害虫中普遍存在，且均控制着取食，而鳞翅目幼虫的取食直接危害着粮食安全，因此对其机理研究具有重要的意义。本项目以亚洲玉米螟为对象，从NPF对幼虫取食、生长发育和繁殖的影响，到对各组织器官的调控机理和协调作用开展了深入的研究，其重要结果包括：1.无论是在幼虫的1龄、3龄还是5龄下调NPF，其幼虫、蛹和成虫的存活率均显著降低、生长发育显著延迟，部分蛹和成虫出现畸形、取食量的下降导致体重和体长显著小于对照幼虫。RNAi干扰幼虫越早，对其影响越大，大多数在成虫期死亡。2.中肠NPF直接调控幼虫的取食，通过胰岛素信号招募转录因子c-Myc和PPARγ分别控制中肠a-淀粉酶和脂肪酶的表达和酶活，而幼虫的消化系统与取食密切相关、协同作用。3.NPF通过中肠细胞膜中的钠/氢交换器9B1调控细胞的膜电位和膜通透性，使NPF释放到血淋巴，启动脂肪体中的NPF受体（NPFR）。4.幼虫口器的中栓椎感器对果糖和苦味物质尼古丁和咖啡因具有敏感性，而侧栓椎感器对蔗糖具有敏感性，并通过NPF调控这些味觉感器。5.味觉受体Gr43a受脑NPF的调控，并通过栓椎感受甜类营养物、通过上唇感受非-甜类的营养物。6.NPF正调控味觉受体Gr64a，后者通过侧栓椎对蔗糖的敏感性调控幼虫取食、通过调控唾液腺中的过氧化氢酶抵御极端温度、以及IMP和TOLL免疫通路抵御外界微生物的侵染。7.NPF通过保幼激素（JH）信号调控脂肪体的能量合成和代谢相关酶的表达和酶活，明确了苯氧威杀虫是通过扰乱昆虫的能量稳态而作用的。8.脂肪体NPFR通过G蛋白偶联受体（GPCR）调控cAMP和Ca2+，进而激发下游信号AMPK的磷酸化，后者通过脂肪体的合成代谢酶来调控能量合成和代谢。9.在此基础上，研发出dsNPFR+AMPK/SPc纳米杀虫剂，在实验室和田间均具有良好的杀虫效果。这些结果为后续利用相关靶标基因，开发大量新型绿色害虫防控的杀虫剂奠定了坚实的基础，具有重要的实际应用价值。