近日，我院魏琮教授课题组在昆虫学期刊《Insect Biochemistry and Molecular Biology》发表题为“Functional and evolutionary implications of protein and metal content of leafhopper brochosomes”研究论文。袁飞敏博士为第一作者，魏琮教授为通讯作者。
半翅目Hemiptera的角蝉总科Membracoidea是昆虫纲物种多样性最丰富的类群之一，全世界已知2.7万多种。该类昆虫因3对足（腿）上长满成排刚毛，易与其他昆虫相区别。它们可用刚毛将排泄的微小颗粒状“网粒体（brochosome）”涂抹于全身或卵的表面，进行“美容”或损伤修复，并保护身体免遭病原菌、捕食者或寄生物危害。网粒体由其排泄器官马氏管分泌合成，该器官相当于高等动物的肾脏。
该研究在测定了条沙叶蝉 Psammotettix striatus 网粒体化学组成基础上，鉴定、分析了参与网粒体蛋白合成的特有基因，并通过形态学、行为学和系统发育分析，探讨了网粒体蛋白合成与昆虫食物、马氏管形态功能特化、行为分化及内共生菌之间的潜在相关性。研究结果表明，网粒体主要由甘氨酸、酪氨酸富集的蛋白质组成，并含有Cr、Ti、Fe等金属元素（图1）。网粒体蛋白含虫体非必须氨基酸和食物中缺乏的必需氨基酸，部分必需氨基酸只能依靠相关内共生菌获得；参与网粒体蛋白合成的基因只在马氏管膨大的腺体段特异性高表达，表明网粒体在该段合成（图2）。马氏管的形态、功能特化（合成网粒体）与足的形态功能特化（涂抹网粒体），协同促进了角蝉总科昆虫对不同生境的适应，也促进了该类昆虫的多样性分化，使其成为昆虫纲中物种多样性最丰富的类群之一。
图1 网粒体合成、化学组成及参与网粒体蛋白合成的基因在马氏管不同区段的表达
图2 半翅目系统演化（左）与网粒体蛋白组成（中）、马氏管分化、栖息地分化（右）的相关性
这项研究揭示的昆虫马氏管多态性和进化可塑性，对进一步深度解析半翅目昆虫的系统演化、排泄器官的形态与功能特化及其适应性进化，提供了新的信息。
植物保护学院硕士生苏珉靖、李甜甜，昆虫学科张雅林教授，美国伊利诺伊大学Christopher H. Dietrich教授，英国自然历史博物馆Michael D. Webb研究员共同完成该研究。俄罗斯古生物研究所Roman A. Rakitov研究员和我院樊永亮研究员对这项研究提供了大力帮助。该研究得到国家自然科学基金面上项目（32270496、32070476）资助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ibmb.2023.103962
编辑：刘小凤
审核：郭 军
