中国农业大学植保学院李志红团队领衔揭示关键microRNA调控入侵害虫橘小实蝇扩张中的温度可塑性机制

2月24日，中国农业大学农林生物安全全国重点实验室和农业农村部植物检疫性有害生物监测防控重点实验室李志红教授团队联合福建农林大学农林生物安全全国重点实验室、复旦大学生命科学学院在国际著名综合性学术期刊《Advanced Science》在线发表了题为《Thermal Plasticity is Regulated by a Key MicroRNA During Range Expansion of an Invasive Fruit Fly》的研究论文。该研究基于表型可塑性、转录组和miRNA调控网络等数据揭示了入侵害虫橘小实蝇通过miR-276b靶向调控thw基因实现温度适应的分子机制。

橘小实蝇是全球关注的重要果蔬害虫和外来入侵物种，被我国列为进境检疫性有害生物，同时在我国水果出口中受到主要贸易国的高度关注。该害虫起源于印度南部地区，1912年我国台湾省台北市郊柑橘园有发现报道；凭借其强大的入侵能力，该虫已分布于我国南部和中部地区，并有持续向北部地区扩张的趋势。中国农业大学李志红教授团队长期从事重要粮果害虫入侵机制与检疫技术研究。前期研究发现，我国橘小实蝇自然种群在冷耐受能力等表型上存在显著地理变异，群体遗传分析显示各种群间遗传变异小、结构不明显，表型分化可能源于表型可塑性而非遗传选择，但其分子调控机制尚不明确。

本研究通过比较我国南方祖先种群与中部扩张前沿种群在冷/暖驯化下的表型响应，发现中部扩张前沿种群在与适合度相关的性状上表现出显著降低的表型可塑性。冷驯化显著提升两个种群的冷耐受能力，但南方种群的可塑性更高，使其冷驯化后冷耐受能力超过中部种群。转录组测序显示，肌肉是热驯化响应的主要组织，且南方种群在冷驯化下表现出更强的转录响应。进一步分析发现，肌肉中大部分基因遵循遗传同化模式：即在中部种群中本底高表达（“前置表达”），而在南方种群中需经热驯化才能诱导至同等水平。通过加权基因共表达网络分析，锁定几丁质结合基因thw为冷耐受核心枢纽基因，其在冷驯化下显著上调，且南方种群诱导幅度高于中部种群。miRNA-seq分析发现，miR-276b是唯一在冷/暖驯化下均显著响应的miRNA，并靶向调控thw。双荧光素酶报告基因检测和RNAi实验等证实，miR-276b通过靶向thw的3’UTR区域负调控其表达，进而影响橘小实蝇的冷耐受能力（图1）。

在理论层面，该研究揭示了miRNA介导的转录后调控在外来入侵物种种群扩张中驱动表型可塑性进化的重要作用，提出扩张前沿种群通过“遗传同化”策略实现温度适应的分子机制，为理解生物入侵与环境互作关系提供了新的理论视角。在应用层面，研究结果为监测和预警外来入侵物种扩张风险提供了新的分子靶标，通过分析miR-276b及其靶基因在不同种群中的表达特征，可更准确评估橘小实蝇向高纬度地区扩散的潜在风险，服务于国家农业生物安全监测预警体系的战略需求。

图1 miRNA调控橘小实蝇温度适应的分子机制

中国农业大学农林生物安全全国重点实验室和农业农村部植物检疫性有害生物监测防控重点实验室为论文第一完成单位。中国农业大学植物保护学院已毕业博士赵岩（现为福建农林大学农林生物安全全国重点实验室讲师）、复旦大学生命科学学院胡俊韬研究员为共同第一作者，中国农业大学植物保护学院杜娟教授、郭韶堃副教授、福建农林大学农林生物安全全国重点实验室侯有明教授共同参与了研究，中国农业大学植物保护学院李志红教授为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金面上项目（32172394）、农林生物安全全国重点实验室联合攻关项目（SKLJRP2509）、中国农业大学2115人才项目和教学团队项目、以及上海市科委杨帆计划（2021YF1403200）项目的资助支持。

全文链接：http://doi.org/10.1002/advs.202507662