研究蚕-桑协同进化关系，不仅为通过基因工程改良家蚕品种、进而调控桑树防御以增产提质提供了新思路；也为揭示咀嚼式昆虫与植物互作的共性规律提供了重要范式。近日，西南大学前沿交叉学科研究院生物学研究中心王根洪研究员课题组在《Insect Biochemistry and Molecular Biology》上发表了题为“Chemosensory protein BmCSP4 enhances silkworm adaptation to mulberry by suppressing plant defense responses”的研究论文。该研究发现家蚕唾液中的一种化学感受蛋白 BmCSP4，能够结合并“封锁”桑树释放的防御性挥发信号分子，从而抑制桑树的防御反应。

      家蚕（Bombyx mori）是寡食性昆虫，终其一生只以桑叶为食。然而，桑树并非“心甘情愿”被啃食——它演化出了复杂的防御体系，包括糖苷酶抑制剂、防御蛋白以及被啃食后释放的挥发性有机化合物（VOCs），这些挥发物能激活植物激素信号通路，诱导抗虫次生代谢物合成。面对如此严密的防御，家蚕是如何“反制”的？长期以来，科学界对咀嚼式昆虫如何主动抑制植物防御知之较少。

      化学感受蛋白（CSPs）和气味结合蛋白（OBPs）传统上被认为主要在昆虫嗅觉系统中负责运输化学信号分子。然而，近年来越来越多的证据表明，它们的功能远不止于此。课题组在家蚕唾液腺中鉴定到一个高表达的CSP基因——BmCSP4。免疫荧光和蛋白质印迹实验证实，BmCSP4蛋白主要积累于唾液腺内膜，并随唾液分泌到桑叶伤口处，这提示BmCSP4可能在被啃食的桑叶表面直接发挥作用。为了验证这一假设，课题组开展了两组实验。首先，课题组将重组BmCSP4蛋白直接涂抹在桑叶上，结果发现桑树防御相关基因 MaPR1 和 MaPDF1.2 的表达显著下降。随后，利用piggyBac转座子系统，构建了在唾液腺中特异性过表达BmCSP4的转基因家蚕品系。转录组测序分析显示，被转基因家蚕啃食的桑叶中，大量与防御激素信号转导和抗虫次生代谢相关的基因表达下调。

      那么，BmCSP4究竟是如何抑制桑树防御的？课题组通过荧光竞争结合实验，发现BmCSP4能与桑叶挥发物顺-3-己烯基乙酸酯、顺-茉莉酮和反-3-己烯-1-醇具有较强的结合能力。而熏蒸实验证实，这三种化合物都能显著上调桑树防御基因的表达，是激活桑树防御反应的关键信号分子。分子对接和动力学模拟进一步揭示了BmCSP4与这些挥发物的结合模式。有趣的是，多种配体都汇聚到BmCSP4结合口袋中的两个保守残基——异亮氨酸11（ILE11）和谷氨酸42（GLU42）。这表明BmCSP4通过一个保守的疏水口袋“捕获”植物防御信号分子，阻止它们激活下游免疫通路。抑制桑树防御对家蚕意味着什么？研究团队对比了转基因过表达品系与野生型家蚕的生长性能。与非转基因蚕相比，转基因过表达品系雌性蛹重增加9.94%，雄性蛹重增加8.36%；雌性茧重增加8.49%，雄性茧重增加17.2%；产卵量提高9.31%，而转基因家蚕的取食量与野生型并无显著差异。

      该研究系统阐明了咀嚼式昆虫通过唾液CSP效应子主动抑制宿主植物防御的分子机制，将CSP的功能从经典的嗅觉感知拓展到了植物-昆虫互作的新领域。研究工作得到了国家重点研发计划（2022YFD1201600）和重庆市技术创新与应用发展专项（CSTB2024TIAD-KPX0023）的资助。西南大学前沿交叉学科研究院生物学研究中心毕业硕士生王静为论文第一作者，王根洪研究员为通讯作者。

      论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0965174826001955。