应用昆虫研究团队系统解析七星瓢虫黑色素合成的生理通路及关键基因功能

近日，我所应用昆虫研究团队在昆虫学TOP期刊Entomologia Generalis（中科院一区，IF=5.6）在线发表了“The role of tyrosine hydroxylase and dopa decarboxylasein melanin biosynthesis and metamorphosis in Coccinella septempunctata”的研究论文。

黑色素不仅在昆虫的进化、多态性和环境适应中扮演关键角色，也在体壁形成与发育过程中发挥重要功能。瓢虫（Coleoptera）作为鞘翅目中表现出显著表型多样性的代表，尤其是在鞘翅上黑斑的数量和大小方面，为研究黑色素合成及其生理效应提供了理想模型。

此次研究是在应用昆虫研究团队此前对异色瓢虫（Harmonia axyridis）中黑色素合成机制研究成果的基础上，进一步探索七星瓢虫（Coccinella septempunctata）中关键基因的功能。研究聚焦于参与黑色素生物合成的两个关键基因：酪氨酸羟化酶（CsTH）和多巴脱羧酶（CsDDC）。成虫体内的空间表达分析显示，CsTH主要在鞘翅中表达，而CsDDC在鞘翅和卵巢中高表达。RNA干扰（RNAi）技术敲低这两个基因后，四龄幼虫的体壁黑色素减少，个体在羽化后不久全部死亡，同时羽化过程受到显著干扰。此外，CsTH基因的敲低导致多巴胺水平显著下降。在蛹期早期敲低CsTH基因会完全阻止羽化，而在晚期敲低虽能羽化，但会导致成虫体壁缺乏黑色素。相比之下，敲低CsDDC对成虫体壁黑色素合成并无显著影响。

本研究不仅揭示了CsTH和CsDDC在七星瓢虫黑色素合成与变态发育过程中的重要作用，还进一步验证了多巴胺黑色素是成虫体壁黑色素的主要成分，强调了关键基因在全变态昆虫发育过程中的多功能效应。通过在不同瓢虫物种中的对比研究，团队进一步加深了对昆虫体壁黑色素化过程的理解，为探索全变态昆虫发育中关键基因的多功能性提供了更加广泛的证据。

植保所与贵州大学联合培养的博士生陈旭及与吉林农业大学联合培养的硕士生张羽为论文的共同第一作者，应用昆虫研究室的王甦研究员和肖达副研究员为论文的共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划（2023YFE0104800）和国家自然科学基金（32172469）的资助。