谷斑皮蠟关键丙酮酸稳态调控基因的转录响应：冷胁迫与饥饿诱导滞育的代谢适应机制

　　本研究聚焦全球性仓储害虫谷斑皮蠟（Trogoderma granarium），首次解析其滞育过程中丙酮酸稳态关键基因（TgPK、TgPDH、TgPEPCK）的转录调控规律。通过冷暴露与饥饿双重诱导模型，揭示这些基因在滞育不同阶段的动态表达特征：TgPK在冷诱导滞育期维持糖酵解通量，TgPEPCK在滞育期显著上调提示糖异生活跃，而TgPDH的瞬时高表达支持滞育启动的能量需求。该研究为理解昆虫极端环境适应的代谢重塑提供了新视角。

　　

在仓储害虫防治领域，谷斑皮蠟以其惊人的破坏力和环境适应性长期困扰全球粮食安全。这种被列为世界百大入侵物种的昆虫，其幼虫能通过滞育（diapause）机制在恶劣条件下存活数年，而滞育期间的能量代谢调控机制一直是未解之谜。尤其值得注意的是，作为糖代谢枢纽的丙酮酸（pyruvate），其稳态调控如何支持滞育的启动、维持和解除，尚未有系统研究。

内克梅丁·埃尔巴坎大学的研究团队首次聚焦这一科学空白，通过冷暴露（4°C）和饥饿双重胁迫模型，追踪了谷斑皮蠟滞育全过程三个关键酶基因——丙酮酸激酶（TgPK）、丙酮酸脱氢酶E1亚基（TgPDH）和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（TgPEPCK）的动态表达谱。研究发现发表于《Journal of Stored Products Research》，揭示了昆虫在能量极端受限条件下的精妙代谢适应策略。

研究采用RACE-PCR技术完成基因全长克隆，通过qRT-PCR分析基因表达时序特征。实验设置冷诱导（4°C持续6周）和饥饿诱导（33°C禁食）两组滞育模型，分别采集预滞育期、滞育期和滞育解除期样本。

关键发现

1. 基因特征鉴定：成功克隆获得TgPK（1602 bp）、TgPDH（1200 bp）和TgPEPCK（1956 bp）的全长cDNA，编码蛋白与赤拟谷盗等近缘种具有82%以上同源性，保守功能域分析证实其酶活性位点的完整性。

2. 冷诱导滞育的代谢特征：

   • TgPK在滞育期表达量最高，提示持续糖酵解（glycolysis）为滞育提供必需底物
   • TgPEPCK在滞育期表达量较预/后滞育期高3.2倍（p<0.01），表明糖异生（gluconeogenesis）途径活跃
   • TgPDH在滞育启动时短暂上调，随后显著下降，反映三羧酸循环（TCA cycle）活性阶段性调整

3. 饥饿诱导滞育的差异响应：

   • TgPK在滞育解除期出现表达峰值，与恢复摄食行为同步
   • TgPDH持续低表达模式与冷诱导组显著不同
   • 两组模型中TgPEPCK的滞育期高表达具有保守性

讨论与意义
该研究首次绘制了仓储害虫滞育代谢的分子路线图：

1. 能量分配策略：滞育期糖异生途径的持续激活（TgPEPCK高表达）可能通过回收代谢中间产物维持血糖稳定，而TgPK的差异表达模式揭示冷/饥饿胁迫下糖酵解调控的异质性。
2. 生存适应机制：TgPDH的瞬时表达特征暗示滞育启动需要短暂的能量爆发，这与已知的滞育准备期线粒体增殖现象相吻合。
3. 防治新靶点：TgPEPCK作为滞育维持的关键分子，其抑制剂开发可能成为打破幼虫长期休眠状态的新型防治策略。

研究不仅填补了昆虫滞育代谢调控的理论空白，更为重要仓储害虫的绿色防控提供了特异性分子靶标。未来需通过基因沉默等手段验证这些酶的功能，并探索其调控网络与已知滞育激素信号的交叉作用。