引领国际前沿！河北大学康乐院士团队在顶级权威期刊（IF=21.6）发表文章
学术
2024-09-25 12:43
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蝗虫从散居型转变为群居型的过程是引发蝗灾的关键生物学因素，这一直是国际科学界广泛关注的重要议题。自2004年起，康乐院士领导的研究小组开始探索蝗虫形态转变背后的基因表达调控及表观遗传调控机制。这项开创性的研究将基因组学与蝗虫形态转变机理相结合，并在2014年发表了一篇综述，总结了基因组学在过去十年里如何推进对蝗虫行为、生理以及重要基因功能的理解。同年，他们解码了飞蝗的基因组，为后续研究铺平了道路。在此后的十年里，关于蝗虫形态转变的分子调控研究取得了长足的进步。据统计，在过去十年中，康乐团队贡献了超过三分之二的相关论文，特别是在表型分子调控和表观遗传调控机制方面处于领先地位，对国际昆虫学界产生了深远的影响。如今，飞蝗已经成为继果蝇等传统模式生物之后的一个重要的昆虫研究模型。他们对蝗虫表型可塑性的研究达到了新的高度，涵盖了颜色、行为、信息素、飞行能力、繁殖、免疫反应、老化等方面，并展望了未来的绿色防控策略。在蝗虫的两种形态中，体色是最直观的区别之一。传统观点认为群居型的黑色主要源于黑色素，但康乐团队的研究表明，群居型的黑色实际上是由散居型的绿色（黄色加蓝色）加上红色构成的。红色的形成是由于群居型中β-胡萝卜素结合蛋白（βCBP）的增加，这与三原色理论相符。此外，高密度条件下转录因子ATF2的高磷酸化促进了βCBP的表达，进而导致腹部比背部含有更多红色素，解释了背部黑色和腹部棕色的分化现象。群居型蝗虫大规模聚集的触发因素是什么？这个问题困扰了科学家们半个世纪。尽管苯乙腈（PAN）曾被认为是成虫聚集的信息素，但其生物学功能一直存在争议。康乐团队近期的研究确认PAN是一种警戒信息素，当群居型蝗虫受到威胁时，PAN会转化为有毒的氢氰酸来抵御捕食者并防止同类相食。此外，研究还发现了4-乙烯基苯甲醚（4VA）是飞蝗的真正聚集信息素，它不仅促进个体聚集，还加速了相互作用和形态转变，并促使群居型成虫性成熟的同步。相比之下，散居型飞蝗则释放邻苯二甲酸二丁酯（DBP）来吸引雄性，以确保低密度环境下的繁殖。经过十多年的研究，康乐团队还证明了多巴胺通路是飞蝗形态转变的关键调节者。他们详细描述了从多巴胺合成到信号传导的完整路径，揭示了多巴胺及其受体在形态转变中的作用。这些发现进一步支持了苯丙氨酸作为形态转变物质基础的观点。这篇综述还讨论了刺激因子、神经递质调控、飞行差异、密度依赖的繁殖策略、对真菌的防御以及与肠道微生物的关系等。这些表型的变化涉及到了从染色质修饰到蛋白质水平修饰等多层次的调控机制。最后，文章展望了未来在蝗灾监测与控制中可能的应用，包括利用信息素、功能基因、非编码RNA以及真菌毒素因子等手段。中国科学院动物研究所郭晓娇副研究员为第一作者，河北大学生命科学学院康乐院士为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金，科技部重点研发计划，中国科学院动物研究所建制化攻坚项目等的支持。经在Annu Rev Entomol杂志官网查询获悉，截止目前，我国本土学者应邀在该杂志撰文达到3篇及以上的专家有：中国工程院吴孔明院士、河北大学/中国科学院康乐院士，3位现任国际昆虫学会理事浙江大学刘树生教授、河北大学/中国科学院孙江华教授和中国农科院高玉林研究员。Guo XJ, Kang L*. Phenotypic Plasticity in Locusts: Trade-Off Between Migration and Reproduction. Annual Review of Entomology, 2025, 70: 23-44. https://doi.org/10.1146/annurev-ento-013124-124333
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