研究揭示生物钟基因在东方粘虫飞行与生殖行为中的重要作用

近日，中国农业科学院植物保护研究所粮食作物害虫监测与控制创新团队在《昆虫科学》上发表了题为“The clock gene, period, influences migratory flight and reproduction of the oriental armyworm,   Mythimna separata  (Walker)”的论文，揭示了生物钟基因在东方粘虫飞行与生殖行为中发挥重要作用。

东方粘虫 Mythimna separata  （Walker）是我国玉米、小麦和水稻三大主粮作物上重大迁飞性害虫，自古以来有“神虫”之称，2020年被列入国家一类农作物病虫害名录，对国家粮食安全和生物安全造成重大威胁。每年在我国广大地区呈现季节性南北往返迁飞危害，远距离迁飞和高产卵量是其暴发成灾的重要因素。粘虫成虫迁飞和产卵行为主要发生在夜间，具有明显的季节性和昼夜节律，但关于粘虫飞行和生殖行为节律的分子调控机制仍未清晰。

生物钟基因在各层面对昆虫的行为、生理及代谢节律进行调控，是维持个体生命活动的必需因子，也是影响种群动态的关键基因。本研究首先在迁飞型东方粘虫中鉴定出编码1192个氨基酸的生物钟基因  period  （  Msper  ）。定量PCR表明 Msper  表达具时空特异性，主要在成虫触角中表达，并且随着光期和暗期产生明显的节律性变化。

利用昆虫自主飞行活动监测装置观察到注射高效的siRNA后可有效干扰粘虫  Msper 的表达， Msper  干扰后迁飞型成虫夜间飞行活动量显著减少，且没有表现出应有的正常夜间飞行活动高峰，成虫也无法完成正常的交配和产卵行为，但当  Msper  表达水平恢复后，成虫的交配能力及产卵量可恢复到正常水平。

该研究首次探讨了生物钟基因在东方粘虫飞行与生殖行为中的调控作用。鉴于 Msper 在调控粘虫飞行能力和生殖方面的重要作用，暗示该基因可作为东方粘虫综合治理中有效的分子靶标。

中国农业科学院植物保护研究所研究联合培养研究生冀佳悦、张蕾研究员和北京农学院刘悦秋副教授为本文共同第一作者。中国农业科学院植物保护研究所江幸福研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（32072420, 31672019）、国家绿肥产业技术体系（CARS-22）、国家重点研发计划（2017YFD0201802, 2017YFD0201701）和北京市自然科学基金（6172030）资助。