唐斌，張露，熊旭萍，汪慧娟，王世貴

（杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，杭州 310036）

海藻糖為一種非還原性糖，廣泛存在于細(xì)菌、真菌、植物和無(wú)脊椎動(dòng)物中，海藻糖不僅是昆蟲(chóng)血淋巴中的重要糖類(lèi)和能量物質(zhì)，而且在昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)、發(fā)育、蛻皮變態(tài)等一系列生命活動(dòng)活動(dòng)中具有重要作用，因此被稱(chēng)為昆蟲(chóng)的“血糖”[1-3]。昆蟲(chóng)通過(guò)海藻糖合成酶及海藻糖酶來(lái)合成和降解海藻糖，為其進(jìn)行的一系列生命活動(dòng)提供能源。海藻糖不僅是能量來(lái)源物質(zhì)，而且是一種重要的抗逆物質(zhì)，在各種環(huán)境壓力條件下保護(hù)機(jī)體免受損傷[4-7]。昆蟲(chóng)的外骨骼主要由幾丁質(zhì)構(gòu)成，其幼蟲(chóng)每生長(zhǎng)到一定的階段都需要蛻掉舊的表皮，形成新的表皮，這個(gè)過(guò)程由幾丁質(zhì)合成通路及幾丁質(zhì)降解途徑來(lái)共同完成[8]。海藻糖酶是昆蟲(chóng)幾丁質(zhì)合成通路的第一個(gè)酶，研究表明海藻糖的合成和降解都能通過(guò)控制幾丁質(zhì)合成通路從而影響昆蟲(chóng)發(fā)育[9-11]。而海藻糖合成酶為海藻糖合成的限速酶，同時(shí)考慮到包括人類(lèi)在內(nèi)的高等哺乳動(dòng)物不能自身合成海藻糖[12]，海藻糖合成途徑具有作為相對(duì)安全的控制靶標(biāo)的潛力[13]。然而，昆蟲(chóng)海藻糖代謝能否且又是如何調(diào)控幾丁質(zhì)合成途徑的？通過(guò)昆蟲(chóng)海藻糖代謝相關(guān)基因的功能研究，越來(lái)越多的研究結(jié)果表明當(dāng)海藻糖供給平衡被打破會(huì)導(dǎo)致昆蟲(chóng)幾丁質(zhì)合成受阻，通路相關(guān)基因的表達(dá)顯著降低、幾丁質(zhì)含量顯著下降并產(chǎn)生高死亡率[9,14-16]，這表明海藻糖代謝途徑適合作為害蟲(chóng)的控制靶標(biāo)[17-18]。

1 昆蟲(chóng)幾丁質(zhì)合成與海藻糖代謝

1.1 昆蟲(chóng)幾丁質(zhì)

幾丁質(zhì)又稱(chēng)甲殼素，是一種存在于昆蟲(chóng)和其他節(jié)肢動(dòng)物表皮、氣管系統(tǒng)、生殖器導(dǎo)管和各種皮膚腺體中的天然多糖[19-21]，約占昆蟲(chóng)蟲(chóng)蛻干物質(zhì)的40%[22]。幾丁質(zhì)是昆蟲(chóng)外骨骼和圍食膜的主要成分，它的合成、轉(zhuǎn)化和修飾與昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育聯(lián)系緊密[8,21,23]。昆蟲(chóng)幼蟲(chóng)每生長(zhǎng)到一定的階段都需要蛻掉舊表皮，形成新表皮，這個(gè)過(guò)程由幾丁質(zhì)合成通路及幾丁質(zhì)降解途徑共同完成[23-32]，且部分表皮蛋白也參與其中[33-35]。除表皮外，昆蟲(chóng)的氣管及中腸圍食膜等結(jié)構(gòu)的重要組成成分也為幾丁質(zhì)[8]。

1.2 海藻糖的合成

從植物到無(wú)脊椎動(dòng)物，海藻糖的合成途徑并不完全相同，現(xiàn)有包括 TPS/TPP（trehalose-6-phosphate synthase/trehalose-6-phosphate phosphatase）、TS（trehalose synthase）、TreY/TreZ（maltooligosyl trehalose synthase/maltooligosyl trehalose trehalohydrolase）、TreP（trehalose phosphorylase）和 TreT（trehalose glycosyltransferring synthase）途徑在內(nèi)的5種不同的海藻糖合成途徑被廣泛研究[36]。在昆蟲(chóng)體內(nèi)，相關(guān)研究報(bào)道顯示海藻糖主要通過(guò)TPS/TPP途徑，即海藻糖合成酶和海藻糖磷酸化酶在脂肪體中合成[6,11]，海藻糖合成酶催化葡萄糖-6-磷酸與 UDP-葡萄糖結(jié)合生成海藻糖-6-磷酸，而海藻糖磷酸化酶則負(fù)責(zé)繼續(xù)催化使之脫磷酸化形成海藻糖和磷酸[13,37]，再將海藻糖釋放到血淋巴中，通過(guò)淋巴循環(huán)輸送到各個(gè)組織中發(fā)揮功能[14,38-39]。

目前，超過(guò) 50種昆蟲(chóng)的海藻糖合成酶基因被克隆，其包含了TPS和TPP兩個(gè)保守的結(jié)構(gòu)域，能夠單獨(dú)催化合成海藻糖[13]。2003年，科學(xué)家將果蠅的TPS導(dǎo)入人類(lèi)HEK-293細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)該細(xì)胞能夠合成海藻糖并且通過(guò)減少蛋白聚集從而提高低氧條件下的存活能力[40-41]。同樣，采用家蠶桿狀病毒系統(tǒng)表達(dá)棉鈴蟲(chóng)（Helicoverpa armigera）的TPS，能夠大量提高海藻糖含量[42]。在某些物種體內(nèi)已發(fā)現(xiàn)TPP[3]，但僅含有TPS一條基因的昆蟲(chóng)居多。因此，根據(jù)這些結(jié)果筆者推測(cè)昆蟲(chóng)的海藻糖應(yīng)該存在兩種不同的合成途徑，一條是通過(guò)TPS/TPP途徑來(lái)完成；另外一條則是直接通過(guò)TPS單獨(dú)完成[13]。研究結(jié)果顯示，海藻糖合成酶蛋白N-末端的TPS保守結(jié)構(gòu)域能夠催化葡萄糖-6磷脂和 UDP-葡萄糖合成海藻糖-6-磷酸；而C-末端的TPP結(jié)構(gòu)域則催化海藻糖-6-磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)楹Ｔ逄荹43-44]。對(duì)此，綜合前人的相關(guān)研究，提出了昆蟲(chóng)海藻糖合成的潛在途徑及與幾丁質(zhì)合成代謝的關(guān)聯(lián)圖（圖1）[13]。

圖1 昆蟲(chóng)海藻糖供給與幾丁質(zhì)代謝路徑Fig. 1 The pathway of trehalose providing and chitin metabolism in insects[13]

不僅如此，在褐飛虱（Nilaparvata lugens）和德國(guó)小蠊（Blattella germanica）中發(fā)現(xiàn)和克隆出兩個(gè)不同的TPS，分別命名為T(mén)PS1和TPS2[11,45]，采用RNAi技術(shù)對(duì)昆蟲(chóng)TPS的基因功能研究發(fā)現(xiàn)，TPS的表達(dá)下降能夠引起昆蟲(chóng)蛻皮困難，并導(dǎo)致一定的死亡率[11,14,46]。同樣，在 NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)中，發(fā)現(xiàn)赤擬谷盜（Tribolium castaneum）存在兩個(gè)不同的 TPS（XM970683和EFA02222）。隨著基因組測(cè)序等技術(shù)的發(fā)展，在褐飛虱中發(fā)現(xiàn)了第3條TPS，且通過(guò)序列比對(duì)分析發(fā)現(xiàn)搖蚊Clunio marinus（CRK87178）與前面兩條TPS蛋白序列相差較大，單獨(dú)成一分支，因此命名為T(mén)PS3[13,47]。與其他無(wú)脊椎動(dòng)物，如秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)（Caenorhabditis elegans）和麥長(zhǎng)管蚜（Apelenchus avenae）等物種較為相似，均含有兩條及以上的TPS[48-49]。這些研究意味著昆蟲(chóng)的海藻糖合成進(jìn)化途徑更加多樣化，不同昆蟲(chóng)的海藻糖合成途徑及同一物種中不同的海藻糖合成酶基因的功能需要更加深入的研究和探索。

1.3 海藻糖的水解

海藻糖水解酶又稱(chēng)海藻糖酶（trehalase，TRE或Treh），最初由Bourquelot于1893年在黑曲霉（Aspergillus niger）中發(fā)現(xiàn)，之后發(fā)現(xiàn)其廣泛存在于真菌、植物、昆蟲(chóng)和其他無(wú)脊椎動(dòng)物及脊椎動(dòng)物中[50]。海藻糖酶可專(zhuān)一地催化一分子海藻糖水解為兩分子葡萄糖，產(chǎn)物用于各種生理及生命活動(dòng)[24,51-53]，并在昆蟲(chóng)飛行等行為活動(dòng)過(guò)程中供給能量[54]，另外昆蟲(chóng)抗逆性適應(yīng)等各個(gè)方面也通過(guò)調(diào)控海藻糖含量來(lái)實(shí)現(xiàn)[3,55-56]。

根據(jù)昆蟲(chóng)海藻糖酶的基因特性，其主要分為可溶性海藻糖酶（soluble trehalase，TRE1）和膜結(jié)合型海藻糖酶（membrane-bound trehalase，TRE2）兩類(lèi)[2,57]。1992年，從黃粉蟲(chóng)（Tenebrio molitor）中提取和分離出昆蟲(chóng)首個(gè) TRE1，它是一種胞質(zhì)酶，游離于細(xì)胞質(zhì)之中，負(fù)責(zé)內(nèi)源性海藻糖的分解，主要存在于循環(huán)系統(tǒng)和消化系統(tǒng)中，如血淋巴、中腸和馬氏管中[58]。膜結(jié)合型海藻糖酶被發(fā)現(xiàn)和克隆則比較晚，直至 2005年才從家蠶（Bombyx mori）中克隆得到[59]。研究發(fā)現(xiàn)TRE2為胞外酶，主要存在于微絨毛或基側(cè)膜上，與肌肉中的線(xiàn)粒體結(jié)合，負(fù)責(zé)外源性海藻糖的吸收和同化，在脂肪體、中腸和馬氏管中高表達(dá)[5,9,23,50,59-64]。

近年來(lái)借助基因組測(cè)序技術(shù)，采用高通量測(cè)序技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組等研究發(fā)現(xiàn)昆蟲(chóng)TRE1不止一條編碼基因存在，如褐飛虱包含TRE1-1和TRE1-2兩條[10,65]，赤擬谷盜有TRE1-1、TRE1-2、TRE1-3和TRE1-4 4條可溶性海藻糖酶基因[18,53]，異色瓢蟲(chóng)（Harmonia axyridis）中存在 3條或 3條以上的 TRE1[3,66]，其中TRE1已在多種昆蟲(chóng)中被克隆[5,9,55,59,66-70]。這些研究結(jié)果表明在不同昆蟲(chóng)體內(nèi)，海藻糖酶基因具有種類(lèi)多樣性的特點(diǎn)。

1.4 昆蟲(chóng)幾丁質(zhì)的合成

昆蟲(chóng)幾丁質(zhì)合成途徑包括海藻糖酶和幾丁質(zhì)合成酶（chitin synthase，CHS）在內(nèi)的8個(gè)基因共同參與，最關(guān)鍵且最后一步由幾丁質(zhì)合成酶完成[23,29,71]。昆蟲(chóng)的幾丁質(zhì)合成通路在昆蟲(chóng)的蛻皮和幾丁質(zhì)發(fā)生中起著重要作用，幾丁質(zhì)合成酶包括幾丁質(zhì)合成酶 1（CHS1，又稱(chēng) CHSA）和幾丁質(zhì)合成酶 2（CHS2，又稱(chēng)CHSB）兩種類(lèi)型[24-25,72]。CHS1主要負(fù)責(zé)昆蟲(chóng)表皮和氣管中幾丁質(zhì)的合成[9]，除豌豆蚜（Acythosiphon pisum）外已報(bào)道的相關(guān)昆蟲(chóng) CHS1存在可變剪切現(xiàn)象，兩個(gè)轉(zhuǎn)錄子分別為CHS1a和CHS1b[73-74]。另一種是CHS2，只在中腸圍食膜上負(fù)責(zé)幾丁質(zhì)的形成[9,75]。

利用 RNAi可探究?jī)煞N幾丁質(zhì)合成酶的作用效果、階段和范圍，比如赤擬谷盜CHS1被RNAi抑制后，出現(xiàn)畸形幼蟲(chóng)、畸形蛹和畸形成蟲(chóng)以及蛻皮障礙，畸形蛹中的幾丁質(zhì)含量降低了66.9%；CHS2被RNAi抑制后，幼蟲(chóng)取食減少，蟲(chóng)體變小，中腸中的幾丁質(zhì)含量降低[23,76]。同樣，當(dāng)中華稻蝗（Oxya chinensis）的CHS1表達(dá)被抑制后，該昆蟲(chóng)蛻皮時(shí)間延遲、不能完成蛻皮或腹部皺縮死亡[25]。而在飛蝗（Locusta migratoria）中，CHS2表達(dá)被抑制后，取食量下降，中腸和胃盲囊長(zhǎng)度縮短及圍食膜損傷，雌雄死亡率高達(dá) 78%[24]。甜菜夜蛾（Spodoptera exigua）CHS1在RNAi后，昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制，出現(xiàn)蛻皮障礙、表皮幾丁質(zhì)層不能正常形成、氣管發(fā)育畸形等現(xiàn)象[23,72]。最新研究表明褐飛虱體中可能缺乏CHS2，因此CHS1是RNAi的高效目標(biāo)基因。分別向褐飛虱注射dsCHS1、dsCHS1a和dsCHS1b發(fā)現(xiàn)，CHS1和CHS1a的基因干擾會(huì)導(dǎo)致褐飛虱翅畸形、細(xì)腰、表皮皺縮并最終死亡的現(xiàn)象，dsCHS1b的干擾雖也會(huì)導(dǎo)致一定的死亡率，但其他影響不明顯[74]。

2 海藻糖代謝調(diào)控幾丁質(zhì)合成

幾丁質(zhì)合成的通路始于海藻糖酶（TRE），途經(jīng)己糖激酶（HK）、葡萄糖-6-磷酸異構(gòu)酶（G6PI）、果糖-6-磷酸轉(zhuǎn)氨酶（GFAT）、葡萄糖胺-6-磷酸-N-乙酰轉(zhuǎn)氨酶（GNPNA）、磷乙酰氨基葡萄糖變位酶（PGM）和 UDP-N-乙酰葡糖胺焦磷酸化酶（UAP）后，終于幾丁質(zhì)合成酶（CHS）[23,77-79]。海藻糖循環(huán)路徑位于幾丁質(zhì)合成路徑的起始端，TPS通過(guò)該路徑合成海藻糖，TRE分解海藻糖，為幾丁質(zhì)的合成提供原料。研究發(fā)現(xiàn)海藻糖合成與分解都對(duì)昆蟲(chóng)幾丁質(zhì)合成有著重要的調(diào)控作用，具體見(jiàn)圖1所示。

2.1 海藻糖合成酶與幾丁質(zhì)調(diào)控

海藻糖合成酶（TPS）為海藻糖合成的關(guān)鍵酶類(lèi)，它可以通過(guò)調(diào)控海藻糖含量的供給平衡，間接調(diào)控幾丁質(zhì)的合成通路中的相關(guān)基因表達(dá)[11,14]。此外，其對(duì)CHS和Cht的表達(dá)均存在一定程度的調(diào)控作用，調(diào)節(jié)幾丁質(zhì)的合成[9,11]。以甜菜夜蛾為研究對(duì)象，采用RNAi技術(shù)抑制TPS表達(dá)后36、48、 60和204 h，其存活率分別為53.95%、49.06%、34.86%和33.24%，顯著低于對(duì)照組[14]。

同樣，在褐飛虱體中分別注射dsGFP、dsTPS1和dsTPS2，結(jié)果發(fā)現(xiàn)注射dsTPS1、dsTPS2后，TPS1與TPS2的轉(zhuǎn)錄量均減少、海藻糖含量卻在增加，糖原含量顯著降低，幾丁質(zhì)合成和降解通路中的各個(gè)酶活性均受到不同程度的影響[9,11,80]。其中 CHS1和 CHS1a的活性在48 h時(shí)抑制、72 h時(shí)增強(qiáng)，CHS1b的活性在48 h和72 h時(shí)均抑制；除Cht4、Cht9的活性在72 h時(shí)增強(qiáng)，其余Cht的活性都在不同程度上受到抑制。同時(shí)褐飛虱出現(xiàn)了蛻皮困難、翅畸形和近30%的蟲(chóng)體死亡率[11]。進(jìn)而在獲得褐飛虱第 3條海藻糖合成酶后，發(fā)現(xiàn) TPS3的表達(dá)被抑制后，絕大多數(shù)的幾丁質(zhì)酶表達(dá)顯著下降且伴隨著幾丁質(zhì)含量的降低[47]，這與赤擬谷盜TPS表達(dá)被抑制后幾丁質(zhì)含量降低的結(jié)果一致[46]。而采用RNAi技術(shù)抑制馬鈴薯甲蟲(chóng)（Leptinotarsa decemlineata）TPS表達(dá)后，海藻糖含量下降，導(dǎo)致幼蟲(chóng)和蛹死亡，同時(shí)幾丁質(zhì)含量下降[66]；此外，當(dāng)柑橘大實(shí)蠅（Bactrocera minax）TPS的dsRNA注射到3齡幼蟲(chóng)時(shí)，TPS酶活性和海藻糖含量顯著下降、幾丁質(zhì)合成途徑中的3個(gè)關(guān)鍵基因表達(dá)被抑制，昆蟲(chóng)出現(xiàn)畸形并死亡的比例高達(dá)52%[81]。

從現(xiàn)有的研究結(jié)果來(lái)看，當(dāng)昆蟲(chóng)單個(gè)TPS表達(dá)被抑制后，CHS和Cht表達(dá)降低，TPS能夠通過(guò)調(diào)控幾丁質(zhì)生物合成和降解通路中相關(guān)基因的表達(dá)，抑制幾丁質(zhì)的合成并導(dǎo)致昆蟲(chóng)蛻皮困難、產(chǎn)生畸形和高死亡率[11,66,81]。

2.2 海藻糖水解酶與幾丁質(zhì)調(diào)控

TRE是幾丁質(zhì)合成通路中的第一個(gè)酶，TRE催化海藻糖水解成葡萄糖，葡萄糖接著通過(guò)剩余7個(gè)酶的催化最終形成幾丁質(zhì)，TRE在幾丁質(zhì)合成中的重要性不言而喻。近年來(lái)，通過(guò)對(duì)赤擬谷盜、甜菜夜蛾、褐飛虱、馬鈴薯甲蟲(chóng)等多種昆蟲(chóng)的海藻糖酶-幾丁質(zhì)調(diào)控通路的研究，結(jié)果均表明TRE對(duì)幾丁質(zhì)的合成與分解存在一定的調(diào)控作用[6,9,11,53,66,70]?？扇苄?TRE1和膜結(jié)合型TRE2的功能還存在一些差別，TRE1與TRE2調(diào)控不同部位的幾丁質(zhì)合成[23]。利用RNAi技術(shù)，注射dsRNA抑制可溶性和膜結(jié)合型TRE表達(dá)后，昆蟲(chóng)的存活率都明顯降低，同時(shí)在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控幾丁質(zhì)合成通路的下游基因的表達(dá)下調(diào)。TRE1的干擾對(duì)CHS1（CHSA）影響較大，對(duì)CHS2（CHSB）影響很小，因此昆蟲(chóng)表皮幾丁質(zhì)的合成受此影響較大；而TRE2對(duì)CHS2影響較大，主要影響昆蟲(chóng)中腸的幾丁質(zhì)合成[9,75]。

在某些昆蟲(chóng)中，不同的TRE1也有細(xì)微分工。在對(duì)赤擬谷盜 5個(gè) TRE進(jìn)行 RNA干擾的試驗(yàn)中，TRE1-1、TRE1-2、TRE1-3、TRE1-4和TRE2分別被干擾，觀(guān)察到11種畸形表型，5個(gè)基因的抑制均導(dǎo)致了不同程度的死亡率，其中TRE1-1和TRE1-3的RNA干擾組中均有大量蟲(chóng)體因幾丁質(zhì)合成紊亂而死亡，TRE1-3對(duì)CHS1b、TRE2對(duì)CHS2存在著調(diào)控作用，而 TRE1-1對(duì)整個(gè)幾丁質(zhì)合成通路有影響[52]。通過(guò)飼喂dsRNA，分別抑制赤擬谷盜TRE1-4和TRE2可導(dǎo)致42%和38%的死亡率[15,53]。在另一種鞘翅目昆蟲(chóng)馬鈴薯甲蟲(chóng)的研究中，TRE1α和TRE2表達(dá)被抑制后部分幼蟲(chóng)不能正?；?，且出現(xiàn)幼蟲(chóng)極度脫水，蛻皮困難等不同表型，特別是 TRE1α低表達(dá)能夠?qū)е赂哌_(dá)80%的死亡率[66]。同樣，抑制灰飛虱（Laodelphax striatellus）TRE1和TRE2可分別導(dǎo)致38.89%和27.72%死亡率[70]。注射dsRNA干擾TRE1和TRE2表達(dá)可導(dǎo)致50%以上甜菜夜蛾死亡[9]。這些結(jié)果表明，一旦TRE的表達(dá)被抑制后，昆蟲(chóng)的蛻皮過(guò)程嚴(yán)重受到阻礙，幾丁質(zhì)含量顯著下降[56]，這也是導(dǎo)致昆蟲(chóng)死亡的最根本原因。向褐飛虱蟲(chóng)體注射海藻糖酶抑制劑井岡霉素，48 h后盡管3個(gè)TRE和2個(gè)TPS的表達(dá)均增加，但是2種TRE酶活性顯著下降，GP、CHS1（包括它的2個(gè)轉(zhuǎn)錄子CHS1a和CHS1b）、6個(gè)幾丁質(zhì)酶（Cht3、Cht4、Cht5、Cht6、Cht7 和 Cht9）、HK、G6PI2、GFAT、GNPNA、PAGM1和UAP的表達(dá)均減少，同時(shí)幾丁質(zhì)的含量也顯著減少[18]。因此，無(wú)論各個(gè)TRE具有怎樣的差別，通過(guò)注射、飼喂dsTRE干擾TRE或者利用海藻糖酶抑制劑抑制酶活性，都能影響幾丁質(zhì)的合成和降解，并且造成一定的昆蟲(chóng)死亡率。

進(jìn)一步的研究結(jié)果表明，干擾TRE表達(dá)后不僅阻斷了幾丁質(zhì)合成，也抑制了幾丁質(zhì)降解。一方面，干擾TRE后出現(xiàn)了蛻皮困難等現(xiàn)象，這與幾丁質(zhì)合成酶[72,74,82-83]、幾丁質(zhì)酶[84]、幾丁質(zhì)脫乙酰酶[85-86]、β-N-乙酰乙糖胺酶[69]等幾丁質(zhì)合成和降解通路中相關(guān)酶被RNA干擾后的現(xiàn)象十分相似[87]。無(wú)論是抑制了TRE還是幾丁質(zhì)代謝路徑中的其他酶，導(dǎo)致蛻皮困難最重要的原因是幾丁質(zhì)含量的減少。在褐飛虱幼蟲(chóng)中注射一定量的有效霉素48 h后幾丁質(zhì)含量減少了50%[18]，在甜菜夜蛾體中注射dsTRE1和dsTRE2導(dǎo)致表皮幾丁質(zhì)含量顯著減少，注射dsSeTRE2導(dǎo)致中腸幾丁質(zhì)含量顯著減少[9]。另一方面，大多數(shù)昆蟲(chóng)的表皮和節(jié)肢動(dòng)物的圍食膜是通過(guò)TRE、CHS以及其他6個(gè)酶形成的通路來(lái)調(diào)控的[72,76,83,88-90]，TRE可通過(guò)減少幾丁質(zhì)合成通路中一些關(guān)鍵酶的表達(dá)來(lái)調(diào)控幾丁質(zhì)的合成[9-10]，例如TRE的轉(zhuǎn)錄和翻譯水平降低可導(dǎo)致 Cht的表達(dá)減少，從而導(dǎo)致蛻皮困難和較高的死亡率[18]。TRE1和TRE2可調(diào)控CHS1和CHS2[9]，在褐飛虱中CHS1、CHS1a和CHS1b均在TRE調(diào)控下表達(dá)下調(diào)[10]，并且同時(shí)注射3種dsTRE后己糖激酶（HK）、果糖-6-磷酸轉(zhuǎn)氨酶（GFAT）、葡萄糖胺-6-磷酸-N-乙酰轉(zhuǎn)氨酶（GNPNA）、UDP-N-乙酰葡糖胺焦磷酸化酶（UAP）和多個(gè)幾丁質(zhì)酶的含量顯著下降[10]。

綜上所述，當(dāng)TRE表達(dá)或TRE酶活性被抑制時(shí)，大多數(shù)昆蟲(chóng)發(fā)育出現(xiàn)翅發(fā)育畸形、蛻皮困難、體重減輕、幾丁質(zhì)合成減少、生長(zhǎng)受阻、飛行減少甚至死亡的現(xiàn)象[6,91]。TRE的低表達(dá)打破幾丁質(zhì)代謝平衡可能是導(dǎo)致昆蟲(chóng)蛻皮困難乃至死亡的最根本原因。

3 結(jié)論與展望

IWASA等[92]于1970年從某種鏈霉菌中分離得到一種海藻糖酶抑制劑有效霉素 A（又稱(chēng)井岡霉素，validamycin）。1987年，研究表明其有效成分是糖苷配基的有效胺（validoxylamine A，VAA）[93-94]，它與海藻糖的構(gòu)造非常相似，但和海藻糖酶的親和力更強(qiáng)，因此 VAA可通過(guò)與海藻糖“爭(zhēng)奪”海藻糖酶來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)海藻糖酶的抑制作用，從而對(duì)昆蟲(chóng)產(chǎn)生各種影響[95-96]。最新研究發(fā)現(xiàn)，海藻糖酶抑制劑validamycin能夠同時(shí)抑制TRE1和TRE2的蛋白活性，并通過(guò)抑制幾丁質(zhì)合成酶及幾丁質(zhì)酶在 mRNA水平上的表達(dá)，從而降低幾丁質(zhì)含量引起昆蟲(chóng)蛻皮困難并大量死亡[18]。從菌類(lèi)、植物等提取出的海藻糖酶抑制劑除有效霉素A外、還有Trehazolin、Salbostatin、植物堿、Suidatrestin等，它們?cè)诓煌潭壬弦种坪Ｔ逄堑乃鈁84,97-98]。昆蟲(chóng)中海藻糖的水解與昆蟲(chóng)的生理活動(dòng)息息相關(guān)，若體內(nèi)海藻糖的分解路徑被阻斷，將會(huì)影響昆蟲(chóng)變態(tài)發(fā)育、生殖和飛行等正常生理活動(dòng)[96]。海藻糖代謝與幾丁質(zhì)合成具有緊密聯(lián)系，并且兩者均在昆蟲(chóng)體內(nèi)具有舉足輕重的作用。更為重要的是海藻糖合成在脊椎動(dòng)物，特別是哺乳動(dòng)物中缺失，具有成為潛在安全性害蟲(chóng)控制靶標(biāo)途徑的潛能[12]。已有研究發(fā)現(xiàn)化合物 4-取代的 2,6-二氨基-3,5-二氰基-4H-噻喃（英文名：4-substituted 2,6-diamino-3,5-dicyano-4H-thiopyrans）能夠抑制TPS的活性，具有作為殺蟲(chóng)劑的潛能[17]。而且TPP被認(rèn)為將來(lái)在抗細(xì)菌、抗真菌和抗寄生蟲(chóng)藥物的研發(fā)中具有很大的潛力[99]。目前對(duì)TRE和TPS幾丁質(zhì)調(diào)控的研究證明，它們?cè)诶ハx(chóng)體內(nèi)的幾丁質(zhì)通路中起著重要的作用，通過(guò)RNA干擾TRE1、TRE2及TPS都可導(dǎo)致蟲(chóng)體不同程度的畸形和死亡。

昆蟲(chóng)海藻糖合代謝途徑相關(guān)基因的進(jìn)化途徑及功能仍存在許多未被研究清楚的問(wèn)題。隨著高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的昆蟲(chóng)基因組測(cè)序完成，某些昆蟲(chóng)發(fā)現(xiàn)了2個(gè)及以上的TPS，甚至5個(gè)以上的TRE，這些相同家族的基因除了具有共同的功能外，也可能存在組織間表達(dá)的差異性或者功能上的差異。可溶性TRE1進(jìn)化的多樣性到底是從單個(gè)到多個(gè)，或是多個(gè)進(jìn)化到多個(gè)？同物種不同的TRE1功能差異性又如何？可溶性還是膜結(jié)合型TRE具有更好的調(diào)控海藻糖降解能力，哪個(gè)更加適合作為害蟲(chóng)控制的靶標(biāo)基因？此外，昆蟲(chóng)海藻糖合成途徑還有待進(jìn)一步的深入研究，TPS的多樣性和TPP的功能研究同樣值得期待。當(dāng)然，從植物害蟲(chóng)生物防治的角度出發(fā)，繼續(xù)深入研究不同的海藻糖代謝途徑基因?qū)锥≠|(zhì)合成及降解的調(diào)控功能，有助于推動(dòng)以海藻糖代謝途徑相關(guān)酶基因?yàn)榘袠?biāo)的綠色農(nóng)藥開(kāi)發(fā)，為今后海藻糖酶抑制劑及海藻糖合成酶抑制劑等綠色農(nóng)藥的開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)。

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