11月5日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院劉澤文教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊《Journal of Advanced Research》上發(fā)表了題為“Akt-FoxO signaling drives co-adaptation to insecticide and host plant stresses in an herbivorous insect“的研究論文，揭示了植食性昆蟲(chóng)通過(guò)Akt-FoxO信號(hào)通路調(diào)節(jié)P450解毒酶系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)殺蟲(chóng)劑和植物次生物質(zhì)適應(yīng)的共進(jìn)化。

劉澤文教授團(tuán)隊(duì)一直致力于研究褐飛虱Nilaparvata lugens對(duì)新煙堿類殺蟲(chóng)劑抗性機(jī)制。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，P450解毒酶在褐飛虱對(duì)新煙堿類殺蟲(chóng)劑的抗性中有重要作用。本次研究進(jìn)一步揭示了一個(gè)新的分子機(jī)制：Akt-FoxO信號(hào)通路通過(guò)調(diào)控多個(gè)P450基因的表達(dá)，協(xié)助褐飛虱在面對(duì)水稻次生物質(zhì)和殺蟲(chóng)劑雙重脅迫時(shí)實(shí)現(xiàn)共同適應(yīng)。Akt通過(guò)磷酸化FoxO轉(zhuǎn)錄因子，抑制其對(duì)P450基因的轉(zhuǎn)錄激活作用，從而精細(xì)調(diào)控P450基因的表達(dá)水平。這一發(fā)現(xiàn)揭示了昆蟲(chóng)如何通過(guò)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)應(yīng)對(duì)來(lái)自環(huán)境的不同脅迫。

圖1 Akt-FoxO信號(hào)通路調(diào)控8個(gè)P450基因的表達(dá)，影響褐飛虱對(duì)殺蟲(chóng)劑和水稻次生物質(zhì)的敏感性

該研究發(fā)現(xiàn)，P450酶家族中的8個(gè)成員在褐飛虱對(duì)外源物質(zhì)代謝過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，這些P450酶分別來(lái)自不同的家族，并且具有不同的底物選擇性，能夠分別代謝結(jié)構(gòu)不同的植物次生物質(zhì)和化學(xué)殺蟲(chóng)劑。這些P450基因也具有鮮明的共同特點(diǎn)，它們的基因表達(dá)均受轉(zhuǎn)錄因子FoxO的調(diào)控，而FoxO的轉(zhuǎn)錄活性受到上游激酶Akt磷酸化的調(diào)節(jié)。Akt通過(guò)磷酸化FoxO改變其在細(xì)胞中的核定位，從而進(jìn)一步調(diào)控P450基因的表達(dá)。Akt-FoxO信號(hào)通路通過(guò)調(diào)節(jié)這一系列P450基因的表達(dá)，幫助褐飛虱在殺蟲(chóng)劑和植物次生物質(zhì)的雙重脅迫下實(shí)現(xiàn)共同適應(yīng)（圖1）。

圖2 Akt-FoxO-P450s三元系統(tǒng)在褐飛虱對(duì)殺蟲(chóng)劑和植物此生物質(zhì)共適應(yīng)中的模式圖

本研究成果為昆蟲(chóng)對(duì)殺蟲(chóng)劑抗性和植物次生物質(zhì)適應(yīng)共進(jìn)化的分子機(jī)制提供了新視角。通過(guò)揭示Akt-FoxO信號(hào)通路在調(diào)控P450基因表達(dá)中的作用（圖2），研究不僅闡明了昆蟲(chóng)如何通過(guò)精細(xì)的基因調(diào)控機(jī)制適應(yīng)環(huán)境中的雙重脅迫，也為未來(lái)害蟲(chóng)的治理策略提供了理論依據(jù)。

植物保護(hù)學(xué)院劉澤文教授為論文的通訊作者。博士研究生張慧慧為論文第一作者，鐘山青年研究員高浩力，博士研究生林栩敏，中國(guó)水稻研究所楊保軍博士，博士研究生王璟珽、袁笑微，碩士研究生張真、何天順參與了該項(xiàng)研究。研究得到了國(guó)家自然基金、重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jare.2024.11.006