2024年11月5日，南京农业大学植物保护学院刘泽文教授团队在国际期刊《Journal of Advanced Research》上发表了题为“Akt-FoxO signaling drives co-adaptation to insecticide and host plant stresses in an herbivorous insect“的研究论文，揭示了植食性昆虫通过Akt-FoxO信号通路调节P450解毒酶系统，实现对杀虫剂和植物次生物质适应的共进化。
刘泽文教授团队一直致力于研究褐飞虱Nilaparvata lugens对新烟碱类杀虫剂抗性机制。研究团队发现，P450解毒酶在褐飞虱对新烟碱类杀虫剂的抗性中有重要作用。本次研究进一步揭示了一个新的分子机制：Akt-FoxO信号通路通过调控多个P450基因的表达，协助褐飞虱在面对水稻次生物质和杀虫剂双重胁迫时实现共同适应。Akt通过磷酸化FoxO转录因子，抑制其对P450基因的转录激活作用，从而精细调控P450基因的表达水平。这一发现揭示了昆虫如何通过基因调控网络应对来自环境的不同胁迫。
图1 Akt-FoxO信号通路调控8个P450基因的表达，影响褐飞虱对杀虫剂和水稻次生物质的敏感性
该研究发现，P450酶家族中的8个成员在褐飞虱对外源物质代谢过程中发挥着重要作用，这些P450酶分别来自不同的家族，并且具有不同的底物选择性，能够分别代谢结构不同的植物次生物质和化学杀虫剂。这些P450基因也具有鲜明的共同特点，它们的基因表达均受转录因子FoxO的调控，而FoxO的转录活性受到上游激酶Akt磷酸化的调节。Akt通过磷酸化FoxO改变其在细胞中的核定位，从而进一步调控P450基因的表达。Akt-FoxO信号通路通过调节这一系列P450基因的表达，帮助褐飞虱在杀虫剂和植物次生物质的双重胁迫下实现共同适应（图1）。图2 Akt-FoxO-P450s三元系统在褐飞虱对杀虫剂和植物此生物质共适应中的模式图
本研究成果为昆虫对杀虫剂抗性和植物次生物质适应共进化的分子机制提供了新视角。通过揭示Akt-FoxO信号通路在调控P450基因表达中的作用（图2），研究不仅阐明了昆虫如何通过精细的基因调控机制适应环境中的双重胁迫，也为未来害虫的治理策略提供了理论依据。
植物保护学院刘泽文教授为论文的通讯作者。博士研究生张慧慧为论文第一作者，钟山青年研究员高浩力，博士研究生林栩敏，中国水稻研究所杨保军博士，博士研究生王璟珽、袁笑微，硕士研究生张真、何天顺参与了该项研究。研究得到了国家自然基金、重点研发计划等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jare.2024.11.006
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