麗蠅蛹集金小蜂的生物學(xué)及其滯育調(diào)控機(jī)制研究進(jìn)展

高 飛，李玉艷，王曼姿，張禮生,艾洪木

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，中美合作生物防治實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；2.福建農(nóng)林大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，閩臺(tái)作物有害生物生態(tài)防控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州 350002)

寄生蜂是一類重要的寄生性天敵昆蟲(chóng)，其種類多，數(shù)量大，繁殖力強(qiáng)，在國(guó)內(nèi)外農(nóng)林害蟲(chóng)的生物防治中已得到廣泛應(yīng)用，并取得了顯著效果(Pennacchio and Strand,2006;Grimmelikhuijzenetal.,2007;錢岑等,2013)。麗蠅蛹集金小蜂Nasoniavitripennis是多種蠅類害蟲(chóng)的重要天敵，在防治衛(wèi)生害蟲(chóng)及牲畜害蟲(chóng)方面具有極大潛力。該蜂是實(shí)驗(yàn)室內(nèi)研究寄生蜂的經(jīng)典模式材料，70多年來(lái)一直被用于遺傳學(xué)、生態(tài)學(xué)、發(fā)育學(xué)和行為學(xué)研究(Werren and Loehlin,2009)。近年來(lái)，隨著金小蜂基因組的測(cè)序完成(The Nasonia Genome Working,2010)，系統(tǒng)的RNA干擾方法(Werrenetal.,2009)和CRISPR-Cas9技術(shù)在麗蠅蛹集金小蜂中的成功應(yīng)用(Lietal.,2017)，該蜂現(xiàn)已成為優(yōu)良的新型遺傳模型(Lietal.,2014 a;Ragoetal.,2016;Wolschin and Gadau,2009)。作為一種模式研究昆蟲(chóng)，麗蠅蛹集金小蜂具有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如該蜂生活周期短，易于飼養(yǎng)。在25℃的條件下兩周就能夠完成1代，每頭寄主蠅蛹能繁育20～50頭金小蜂，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)可大量繁殖(Werren,2000)。金小蜂還可長(zhǎng)期保存，適當(dāng)?shù)蜏乇４婵梢匝娱L(zhǎng)成蟲(chóng)的壽命(任倩等,2011)，滯育條件下最長(zhǎng)可以儲(chǔ)存2年(Saundersetal.,1970;Paoluccietal.,2013;邱仕祺,2015)。該蜂性別決定機(jī)制獨(dú)特，為單元二倍體遺傳模式，可用于突變體篩選和遺傳性狀基因的研究(Ragoetal.,2016)。此外，金小蜂只有5對(duì)染色體(Whiting,1967)，結(jié)合已公布的基因組，便于進(jìn)行遺傳分析。

滯育是昆蟲(chóng)應(yīng)對(duì)不利環(huán)境條件時(shí)生長(zhǎng)發(fā)育停滯的一種生理狀態(tài)(李玉艷等,2010)，不會(huì)隨著不利條件的消失而解除，一般需要特殊的環(huán)境刺激才能打破滯育重新恢復(fù)進(jìn)行生長(zhǎng)發(fā)育(Ko?tál,2006;徐衛(wèi)華,2008)。滯育昆蟲(chóng)有更多的脂肪含量、更強(qiáng)的耐寒性，能更好的抵抗疾病，并且能有效的抵制水分的流失。這些屬性在滯育后也可以維持一段時(shí)間，有利于提高防治害蟲(chóng)策略(Denlinger,2008)。昆蟲(chóng)滯育分為兼性滯育和專性滯育，專性滯育的昆蟲(chóng)，其進(jìn)入滯育不受外界環(huán)境的影響，是一種穩(wěn)定的遺傳特性；兼性滯育的昆蟲(chóng)根據(jù)外界環(huán)境條件的改變選擇性的進(jìn)入滯育狀態(tài)，其滯育蟲(chóng)態(tài)固定，但進(jìn)入滯育狀態(tài)的個(gè)體的發(fā)生頻率和發(fā)生世代不固定(Mansingh,1971;Tauber and Tauber,1986)。滯育昆蟲(chóng)通常大量積累碳水化合物、氨基酸、脂肪等低溫保護(hù)物質(zhì)和能量物質(zhì)，并伴隨著代謝抑制、抗逆性提高、特定基因及蛋白表達(dá)等(Hahn and Denlinger,2011)。滯育不僅可以提高昆蟲(chóng)在逆境中的壽命和存活率(Wolschin and Gadau,2009)，而且可以使昆蟲(chóng)的發(fā)育進(jìn)度與最有利的時(shí)機(jī)一致，還能提高群體發(fā)育的一致性，增強(qiáng)雌雄個(gè)體間交配的機(jī)會(huì)，產(chǎn)生更多的后代(Moreyetal.,2012;Posledovichetal.,2015;Lietal.,2018)。利用滯育，還可調(diào)控天敵昆蟲(chóng)的發(fā)育進(jìn)度，延長(zhǎng)生物防治作用物的貯存期，增加天敵產(chǎn)品的儲(chǔ)備量，提高釋放和應(yīng)用防控效果，促進(jìn)天敵昆蟲(chóng)的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。因此，掌握昆蟲(chóng)滯育的相關(guān)知識(shí)，不僅可以揭示昆蟲(chóng)發(fā)育的內(nèi)在調(diào)控機(jī)制，還可幫助完善害蟲(chóng)治理策略，促進(jìn)天敵昆蟲(chóng)的生產(chǎn)應(yīng)用，提高生物防治作用效果。

麗蠅蛹集金小蜂為兼性末齡幼蟲(chóng)滯育，其滯育由母代經(jīng)歷的光周期控制，當(dāng)母代經(jīng)歷低溫、短光照后可誘導(dǎo)子代進(jìn)入老熟幼蟲(chóng)滯育。了解該蜂的滯育特征及其調(diào)控機(jī)制，對(duì)深入昆蟲(chóng)滯育機(jī)理研究，揭示昆蟲(chóng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)機(jī)制等具有重要意義。本文綜述了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外關(guān)于麗蠅蛹集金小蜂的生物學(xué)、發(fā)育學(xué)、基因組學(xué)等的研究進(jìn)展，重點(diǎn)總結(jié)了金小蜂滯育的進(jìn)展情況，以期為深入寄生蜂的滯育研究，提高寄生蜂的生物防治應(yīng)用效果提供參考。

1 麗蠅蛹集金小蜂的生物學(xué)特性

1.1 繁殖能力

麗蠅蛹集金小蜂屬于膜翅目Hymenoptera金小蜂科Pteromalidae，可以蛹外寄生麗蠅科Calliphoridae和麻蠅科Sarcophagidae等許多雙翅目Diptera蠅科的害蟲(chóng)，如麻蠅Sarcophagacrassipalpis、棕尾別麻蠅Boettcheriscaperegrine、黑尾黑麻蠅Helicophagellamelanura、紅尾糞麻蠅Bercaeacruentata、巨尾阿麗蠅Aldrichinagrahami及絲光綠蠅Luciliasericata等(Lietal.,2014 b;李玉艷,2015)。該蜂廣泛分布于世界各地，主要分布在北美、歐洲及亞洲北部(Wolschin and Gadau,2009)。麗蠅蛹集金小蜂個(gè)體微小，羽化后即可產(chǎn)卵，卵多產(chǎn)于寄主蠅蛹的腹部，平均每頭蠅蛹可以繁育20～50頭金小蜂(Werren,2000)，其寄生能力隨產(chǎn)卵次數(shù)增加而下降(張忠等,2008)，對(duì)金小蜂生長(zhǎng)發(fā)育無(wú)顯著影響的低劑量Cu2+脅迫可以提高其寄生率和產(chǎn)卵量，并且親代對(duì)Cu2+耐受的品系也有較高的寄生率和產(chǎn)卵量(董卉等,2008)。

張忠等(2010)發(fā)現(xiàn)冷凍麗蠅蛹集金小蜂的寄主絲光綠蠅蛹對(duì)其后代的發(fā)育和繁殖能力無(wú)顯著影響。金小蜂可以利用冷凍、冷藏、CO2處理和熱致死的蠅蛹，當(dāng)蠅蛹經(jīng)30 d保存后，仍能被寄生蜂利用。在大量繁殖蠅蛹金小蜂時(shí)，可以考慮通過(guò)上述方法對(duì)蠅蛹進(jìn)行處理，尤其是使用冷凍方法(賀張等,2013)。

麗蠅蛹集金小蜂的后代具有偏雌性，雄蜂通過(guò)腹部性信息素吸引雌性進(jìn)行繁衍后代。通過(guò)行為生物學(xué)分析發(fā)現(xiàn)麗蠅蛹集金小蜂的雌性能夠通過(guò)定向于雄性性信息素濃度來(lái)降低產(chǎn)生次優(yōu)后代性別比例的風(fēng)險(xiǎn)(Rutheretal.,2009)。飼喂亞油酸可以明顯提高雄蜂性信息素的含量，更利于吸引雌性與之交配，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)雌蜂更傾向于在亞油酸含量高的蠅蛹上產(chǎn)卵(Brandstetter and Ruther,2016)?；瘜W(xué)農(nóng)藥的使用也會(huì)影響金小蜂的繁殖能力，例如，新煙堿類殺蟲(chóng)劑吡蟲(chóng)啉雖然不影響麗蠅蛹集金小蜂的子代數(shù)量，但可顯著改變其子代性比，使其產(chǎn)生較多的雌性后代(Cooketal.,2016)。

1.2 貯存和壽命

金小蜂作為重要的模式研究材料和天敵昆蟲(chóng)，其貯存至關(guān)重要。研究表明，在不提供寄主的情況下，只飼喂蒸餾水的麗蠅蛹集金小蜂可以存活5 d左右(張忠等,2008)。冷藏可以在不影響金小蜂后代雌性比和體長(zhǎng)的前提下延長(zhǎng)其壽命，對(duì)金小蜂的幼蟲(chóng)或成蟲(chóng)進(jìn)行冷藏，可延緩發(fā)育速率，消除繁殖過(guò)程中蠅蛹數(shù)量和金小蜂發(fā)育間的“剪刀差”，但是冷藏時(shí)間會(huì)影響金小蜂的繁殖能力，當(dāng)冷藏時(shí)間不超過(guò)12 d時(shí)，金小蜂的寄生和產(chǎn)卵能力不受顯著影響；超過(guò)12 d后，其寄生和產(chǎn)卵能力呈直線下降(任倩等,2011)。除了冷藏，取食蜂蜜水也可以顯著延長(zhǎng)麗蠅蛹集金小蜂的壽命(張忠等,2008)。此外，滯育也能顯著延長(zhǎng)金小蜂的壽命，通常滯育金小蜂幼蟲(chóng)可在室溫條件下存活數(shù)月，Whiting(1967)的研究結(jié)果表明金小蜂的滯育幼蟲(chóng)在室溫下可存活2年多，再經(jīng)解除滯育后仍可正常發(fā)育。

1.3 共生菌

昆蟲(chóng)與共生菌之間聯(lián)系非常緊密，共生菌是由有機(jī)體演變而來(lái)，在宿主昆蟲(chóng)體內(nèi)逐漸進(jìn)化成一個(gè)類細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)，含有與宿主完全不同的核酸、蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)，且不受宿主免疫系統(tǒng)的抵御，與宿主形成了穩(wěn)定、可遺傳的共生系統(tǒng)(趙志宏等,2018)。共生菌在昆蟲(chóng)營(yíng)養(yǎng)消化、免疫、生殖調(diào)控等過(guò)程中具有非常重要的影響(錢岑等,2013)。麗蠅蛹集金小蜂攜帶的一種重要共生菌是Wolbachia。Wolbachia可對(duì)金小蜂的生殖、性別決定、寄主適應(yīng)性、系統(tǒng)發(fā)育和進(jìn)化等產(chǎn)生重要影響。共生菌Wolbachia能夠引發(fā)寄主多種生殖異常的行為，主要包括孤雌生殖(Parthenogenesis inducing)、雌性化(Feminization)、殺雄作用(Male killing)等，還會(huì)引起細(xì)胞質(zhì)不相容(Cytoplasmic incompatibility)，阻止種間雜交，影響物種形成等(Werrenetal.,2010)，在麗蠅蛹集金小蜂中，去除共生菌Wolbachia的雌性和感染W(wǎng)olbachia的雄性降低了其后代比，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的胞質(zhì)不相容的現(xiàn)象，共生菌對(duì)寄主和寄主基因的調(diào)控為物種進(jìn)化、形成和進(jìn)化關(guān)系等提供了重要的依據(jù)(邱仕祺,2015)。李培光等(2015)用利福平去除共生菌Wolbachia,發(fā)現(xiàn)麗蠅蛹集金小蜂的壽命與正常感染W(wǎng)olbachia麗蠅蛹集金小蜂的壽命沒(méi)有顯著差異。自然感染W(wǎng)olbachia能顯著延長(zhǎng)和提高麗蠅蛹集金小蜂的發(fā)育歷期、壽命、總產(chǎn)卵前期和平均世代周期，并能提高出蜂率和子代雌蟲(chóng)所占的比例。但共生菌Wolbachia在麗蠅蛹集金小蜂的毒液系統(tǒng)中幾乎沒(méi)有作用(Sim and Wheeler,2016)。在赤眼蜂的研究中發(fā)現(xiàn)感染共生菌Wolbachia會(huì)對(duì)赤眼蜂光周期基因的表達(dá)產(chǎn)生干擾，從而降低滯育率，提高其繁殖能力(Rahimi-Kaldehetal.,2017)。Bordenstein和Werren(2000)的研究也表明，感染W(wǎng)olbachia可能一定程度上也可提高麗蠅蛹集金小蜂的子代數(shù)量，但Wolbachia是否對(duì)其滯育產(chǎn)生影響，目前仍有待探討。殺雄菌屬共生菌也是在麗蠅蛹集金小蜂中發(fā)現(xiàn)的一種可以殺死雄性胚胎的共生菌，其在昆蟲(chóng)體內(nèi)的分布已有大量報(bào)道，但目前對(duì)其功能研究較少。在麗蠅蛹集金小蜂中，殺雄菌屬可殺死約80%的雄性胚胎從而使后代偏雌性(Skinner,1985)，而在白蠟蟲(chóng)Ericeruspela、美洲鈍眼蜱Amblyommaamericanum、騷擾錐蝽Triatomainfestans和卡納爾鴿虱蠅Pseudolynchiacanariensis中殺雄菌屬對(duì)性比沒(méi)有影響(Hypsa and Dale,1997;Daleetal.,2006;Clayetal.,2008;劉魏魏等,2012)。因此可以利用Wolbachia對(duì)麗蠅蛹集金小蜂適合度的影響和生殖調(diào)控作用開(kāi)展生物防治和基因工程防治(邱仕祺,2015)。

2 分子生物學(xué)前沿技術(shù)在麗蠅蛹集金小蜂研究中的應(yīng)用

近年來(lái)，現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，基因組、蛋白組、代謝組等多種組學(xué)技術(shù)和RNA干擾技術(shù)日漸成熟，以及新基因編輯技術(shù)(CRISPR-Cas9)的開(kāi)發(fā)，極大促進(jìn)了昆蟲(chóng)學(xué)的研究進(jìn)展。麗蠅蛹集金小蜂是研究昆蟲(chóng)發(fā)育學(xué)、行為學(xué)、生態(tài)學(xué)以及遺傳進(jìn)化等的優(yōu)良模式材料，分子生物學(xué)前沿技術(shù)在金小蜂中的成功應(yīng)用對(duì)深入相關(guān)領(lǐng)域研究具有重要作用。隨著測(cè)序技術(shù)和生物信息學(xué)的發(fā)展，昆蟲(chóng)基因組的研究與日俱增。基因組研究是了解生物的遺傳進(jìn)化、系統(tǒng)發(fā)育等的基礎(chǔ)，為從分子水平上利用生物的遺傳信息對(duì)生物進(jìn)行改造和應(yīng)用提供了客觀依據(jù)。昆蟲(chóng)基因組學(xué)的研究提高了人們對(duì)種群遺傳學(xué)和進(jìn)化生態(tài)學(xué)的理解和認(rèn)識(shí)，促進(jìn)了對(duì)重要農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)的適應(yīng)和為害機(jī)制的研究，為害蟲(chóng)綜合治理提供了新思路(葉恭銀等,2011;彭露等,2015)。2010年麗蠅蛹集金小蜂、吉氏金小蜂N.giraulti和長(zhǎng)角金小蜂N.longicornis的基因組在《科學(xué)》雜志上發(fā)表(The Nasonia Genome Working,2010)。這意味著金小蜂研究“后基因組時(shí)代”的開(kāi)始。麗蠅蛹集金小蜂作為遺傳研究的模式昆蟲(chóng)，其基因組測(cè)序的完成，為從進(jìn)化遺傳水平對(duì)金小蜂遺傳重組、神經(jīng)傳遞、雜交不親和以及寄主選擇等遺傳機(jī)制的研究奠定了基礎(chǔ)(葉恭銀等,2011)。Rago等(2016)對(duì)麗蠅蛹集金小蜂的基因組進(jìn)行重新注釋，通過(guò)增加基因數(shù)量，減少缺失基因的數(shù)量，提供更全面的剪接和基因結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，極大地提高了麗蠅蛹集金小蜂基因組的注釋水平。改良后的基因組確定了與麗蠅蛹集金小蜂生物學(xué)相關(guān)的譜系特異性基因組特征，以及許多新基因，能更精確全面的認(rèn)識(shí)和了解金小蜂，并為其他寄生蜂的研究提供了參考。

蛋白質(zhì)組學(xué)是通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行綜合分析，對(duì)蛋白功能做出精準(zhǔn)的闡述，近年來(lái)，蛋白質(zhì)組學(xué)在昆蟲(chóng)研究中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。目前，蛋白質(zhì)組學(xué)在麗蠅蛹集金小蜂上的應(yīng)用主要是利用該技術(shù)研究其毒液、共生菌以及與滯育相關(guān)的蛋白等研究(Wolschin and Gadau,2009;De Graafetal.,2010;Lietal.,2018)。例如，使用iTRAQ技術(shù)測(cè)序發(fā)現(xiàn)麗蠅蛹集金小蜂蛋白質(zhì)組共包含蛋白質(zhì)3 096個(gè)，通過(guò)GO功能富集和KEGG通路分析顯示這些蛋白主要參與了金小蜂各種代謝途徑、腦細(xì)胞的構(gòu)建和催化作用過(guò)程(Lietal.,2018)。代謝組學(xué)是在基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)之后發(fā)展起來(lái)的眾多組學(xué)中的一種，通過(guò)刺激生物體系后，分析其代謝產(chǎn)物的變化來(lái)研究生物體系的一門學(xué)科。Li等(2015)利用代謝組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)滯育金小蜂氨基酸和碳水化合物代謝途徑富集顯著，尤其是哌啶酸、脯氨酸和海藻糖高度積累，初步闡明了金小蜂滯育提高自身耐寒性的生理機(jī)制。

隨著分子技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，RNA干擾(RNAi)技術(shù)已成為基因組學(xué)的研究熱點(diǎn)，為基因功能的研究提供了高效方法(葉恭銀等,2011)。RNAi是雙鏈RNA誘導(dǎo)的抑制同源基因表達(dá)的技術(shù)，第一個(gè)用于RNAi的昆蟲(chóng)是果蠅(Zamoreetal.,2000)。RNAi技術(shù)在麗蠅蛹集金小蜂中的應(yīng)用已有系統(tǒng)的方法，已在金小蜂胚胎基因、眼睛顏色以及生物鐘基因等研究中成功應(yīng)用(Lynch and Desplan,2006;Werren and Loehlin,2009;Mukai and Goto,2016)。相比成熟的RNAi技術(shù)，CRISPR/Cas9技術(shù)在麗蠅蛹集金小蜂中的應(yīng)用正處于起步階段。CRISPR/Cas9技術(shù)于2013年公布于眾，生物學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家們短時(shí)間內(nèi)便驗(yàn)證了其可靠性(Congetal.,2013)。CRISPR/Cas9技術(shù)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、特異性強(qiáng)、效率高等優(yōu)點(diǎn)，為基因組定性改造調(diào)控和應(yīng)用帶來(lái)了突破性革命，但該技術(shù)也存在脫靶和外源基因插入困難等一些問(wèn)題，這些問(wèn)題在一定程度上限制了該技術(shù)的應(yīng)用(楊明輝等,2018)。Li 等(2017)首次將CRISPR/Cas9技術(shù)應(yīng)用于麗蠅蛹集金小蜂，成功改變了金小蜂眼睛的顏色。CRISPR/Cas9技術(shù)在麗蠅蛹集金小蜂上的成功應(yīng)用，促進(jìn)了基因編輯技術(shù)在小型寄生蜂研究中的應(yīng)用，為深入開(kāi)展寄生蜂的發(fā)育學(xué)、遺傳進(jìn)化等領(lǐng)域研究提供了方法指導(dǎo)。

3 麗蠅蛹集金小蜂的滯育

3.1 滯育誘導(dǎo)和解除

影響昆蟲(chóng)滯育的主要因素包括遺傳，光周期、溫度、濕度、密度、食物等(Hodek,2002;Jiangetal.,2010)，除此之外，物理操作、激素和化學(xué)物質(zhì)等也能影響滯育的發(fā)生(Denlinger,2010)。在影響麗蠅蛹集金小蜂滯育誘導(dǎo)的因子中，短日照、低溫、寄主剝奪和年齡增長(zhǎng)是主要因素(Deloofetal.,1979)。該蜂滯育的發(fā)生與環(huán)境中的溫度和光周期密切相關(guān)，早在1965年Saunders(1965)就發(fā)現(xiàn)低溫和短光照可以提高麗蠅蛹集金小蜂的子代滯育率，并且研究表明滯育誘導(dǎo)與母代誘導(dǎo)相關(guān)，雄性不參與確定其直系后代的滯育特征。母代的經(jīng)歷、基因型與環(huán)境相互作用對(duì)子代個(gè)體的表現(xiàn)型產(chǎn)生影響(Riskaetal.,1985)。外源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是溫光周期反應(yīng)的輔助因子，可以不同程度的影響昆蟲(chóng)滯育誘導(dǎo)，如影響滯育率和耐寒性等(張禮生等,2014;任小云等,2016)，已有研究表明，添加脯氨酸可以顯著提高滯育金小蜂的耐寒性(Lietal.,2014 b)。

在麗蠅蛹集金小蜂中，保幼激素對(duì)滯育和非滯育幼蟲(chóng)沒(méi)有影響，但是蛻皮甾醇可以解除滯育，而保幼激素會(huì)降低蛻皮甾醇解除滯育的效率(Deloofetal.,1979)。低溫可以打破滯育，麗蠅蛹集金小蜂在15℃的條件下處理數(shù)周就可以解除滯育，已有研究發(fā)現(xiàn)5℃處理10周可以使90%的幼蟲(chóng)解除滯育，而2℃時(shí)效果更顯著(Schneidermanetal.,1958;Lietal.,2014)。滯育對(duì)麗蠅蛹集金小蜂的擴(kuò)繁和應(yīng)用具有重要意義，通過(guò)調(diào)控金小蜂滯育，可以延長(zhǎng)產(chǎn)品貨架期和防控作用時(shí)間、提高抗逆性和繁殖力等(張禮生等,2014)。

3.2 滯育的生理特征

昆蟲(chóng)在滯育期間體內(nèi)會(huì)發(fā)生一系列的生理生化變化來(lái)保障滯育個(gè)體在逆境中的生存和滯育解除后的發(fā)育(任小云等,2016)，主要表現(xiàn)為生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程停滯，昆蟲(chóng)體內(nèi)含水量降低，代謝速率下降，碳水化合物、氨基酸和脂肪等營(yíng)養(yǎng)和能量物質(zhì)的積累、抗逆性提高，以及特定基因及蛋白表達(dá)等(Hahn and Denlinger,2011;Lietal.,2014 b;Handetal.,2016;Reynolds 2017)。麗蠅蛹集金小蜂以老熟幼蟲(chóng)進(jìn)行滯育(Saunders,1965;Paoluccietal.,2013)，滯育期長(zhǎng)達(dá)2年之久(Lietal.,2014 b)，幼蟲(chóng)在滯育期間的生理代謝特征與非滯育個(gè)體顯著不同。滯育金小蜂幼蟲(chóng)的鮮重顯著高于非滯育幼蟲(chóng)，但其含水量低，失水速率慢，過(guò)冷卻點(diǎn)下降。滯育個(gè)體的耐寒性顯著升高，且隨滯育深度增加，耐寒能力逐漸提高(Yoderetal.,1994;Lietal.,2014 b)。金小蜂在滯育期間顯著積累低溫保護(hù)物質(zhì)，如哌啶酸、脯氨酸和海藻糖等，氨基酸和碳水化合物等的含量也變化顯著，體內(nèi)多種代謝途徑被改變，能量代謝被顯著抑制，這些生理變化有助于提高滯育個(gè)體的耐寒性(Wolschin and Gadau,2009;Lietal.,2015)。除此之外，滯育寄主和寄主飼料添加脯氨酸、丙氨酸以及甘油也可以通過(guò)改變金小蜂的代謝圖譜提高金小蜂的耐寒性(Lietal.,2014 b;Lietal.,2015)。Ko?tál等(2016)的研究也表明，高濃度脯氨酸和精氨酸會(huì)提高耐寒性，并認(rèn)為耐寒性提高的可能機(jī)制為：(1)脯氨酸可能與海藻糖結(jié)合，減少蛋白質(zhì)的部分變性，防止暴露在熱脅迫下及在冷凍前或冰凍脫水期間的幼蟲(chóng)細(xì)胞膜的融合；(2)在氨基化合物中，精氨酸和脯氨酸形成超分子聚合物的能力異常，它們可能結(jié)合部分未折疊的蛋白質(zhì)，并抑制其在凍干狀態(tài)下的聚集。

3.3 滯育的分子調(diào)控機(jī)制

目前，昆蟲(chóng)滯育的分子調(diào)控一直是滯育研究領(lǐng)域的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，隨著多種組學(xué)技術(shù)、RNA干擾技術(shù)以及基因編輯技術(shù)(如CRISPR/Cas9)等在金小蜂中的成功應(yīng)用(The Nasonia Genome Working,2010;Ragoetal.,2016;Lietal.,2017)，金小蜂滯育的激素調(diào)控、分子調(diào)控機(jī)制等也得到深入研究，研究人員從基因、蛋白、代謝、細(xì)胞水平上分別闡釋了與滯育相關(guān)的代謝物、激素、蛋白及基因的功能和作用機(jī)制等，這為全面理解滯育的分子機(jī)理提供了參考。Paolucci等人通過(guò)對(duì)麗蠅蛹集金小蜂進(jìn)行QTL分析，發(fā)現(xiàn)1號(hào)和5號(hào)染色體上的染色體基因組區(qū)域與光周期誘導(dǎo)滯育相關(guān)，并證實(shí)光周期在金小蜂的滯育中有重要影響(Paoluccietal.,2016)。在對(duì)生物鐘基因(per)的研究中發(fā)現(xiàn)，RNA干擾per基因會(huì)破壞金小蜂對(duì)光周期的感應(yīng)從而使雌性在低溫條件下產(chǎn)下滯育后代(Mukai and Goto,2016)。

DNA甲基化是一種不改變DNA堿基基本結(jié)構(gòu)的化學(xué)修飾，在DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶的催化下形成甲基胞嘧啶。DNA甲基化參與基因的表達(dá)調(diào)控，可影響到生物體許多重要的生理生化過(guò)程。麗蠅蛹集金小蜂含有3 類DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶，分別是3種Dnmt 1、1種Dnmt 2和1種Dnmt 3 (Glastadetal.,2011;陳瑋等,2015)。最新研究表明，通過(guò)干擾Dnmt1a基因阻斷DNA甲基化可使金小蜂在長(zhǎng)光照下產(chǎn)生滯育后代，雖然DNA甲基化在麗蠅蛹集金小蜂中的功能和進(jìn)化已有研究(Wangetal.,2013)，但這是DNA甲基化在昆蟲(chóng)光周期定時(shí)作用中的首次報(bào)道(Pegoraroetal.,2016)。

利用鳥(niǎo)槍法對(duì)麗蠅蛹集金小蜂進(jìn)行蛋白質(zhì)組分析，發(fā)現(xiàn)該蜂的滯育不僅受到蛋白質(zhì)(熱休克蛋白和貯藏蛋白等)合成和降解的影響，而且很大程度上依賴于其他生理生化途徑(Wolschin and Gadau,2009)。對(duì)麗蠅蛹集金小蜂代謝組的研究結(jié)果表明，滯育和非滯育金小蜂的代謝圖譜表現(xiàn)出明顯的不同，38條代謝途徑中有22條因?yàn)榻鹦》涞臏l(fā)生顯著改變，其中，氨基酸代謝、三羧酸循環(huán)、糖酵解/糖異生途徑、丙酮酸代謝、戊糖磷酸途徑以及脂類代謝途徑等在滯育個(gè)體中顯著富集，并且隨著滯育深度增加，代謝圖譜呈動(dòng)態(tài)變化(Lietal.,2015)。

在細(xì)胞水平上，滯育和非滯育的麗蠅蛹集金小蜂也具有顯著差異。分別在正常發(fā)育條件(L ∶D=16 ∶8、20.0℃)和滯育誘導(dǎo)條件(L ∶D=12 ∶12、20.0℃)下飼養(yǎng)獲得正常發(fā)育金小蜂和滯育金小蜂，在第10天時(shí)，金小蜂非滯育幼蟲(chóng)化蛹而滯育幼蟲(chóng)保持在末齡幼蟲(chóng)狀態(tài)，此時(shí)滯育和非滯育幼蟲(chóng)的細(xì)胞分裂周期G0 / G1期、S期和G2 / M期細(xì)胞比例顯著不同(Shimizuetal.,2016)。早在1958和1965年就有科學(xué)家推論，金小蜂的滯育與大腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控有關(guān)(Schneiderman and Horwitz,1958;Saunders,1965)，Shimizu等(2016)的研究首次發(fā)現(xiàn)麗蠅蛹集金小蜂進(jìn)入滯育后，中樞神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞周期的S部分消失，并且大約80%和20%的細(xì)胞分別在停滯在細(xì)胞周期的G0 / G1期和G2期，進(jìn)一步對(duì)基因調(diào)控進(jìn)行研究分析發(fā)現(xiàn)滯育幼蟲(chóng)的細(xì)胞周期調(diào)節(jié)基因和管家基因均下調(diào)，這也對(duì)應(yīng)了細(xì)胞分裂周期在滯育和非滯育幼蟲(chóng)中的不同變化，揭示了細(xì)胞周期停滯的分子機(jī)制。

4 小結(jié)

麗蠅蛹集金小蜂作為一種模式昆蟲(chóng)，在研究昆蟲(chóng)發(fā)育、行為、遺傳進(jìn)化及共生菌等領(lǐng)域具有重要作用。同時(shí)金小蜂作為一類防治蠅類害蟲(chóng)效果顯著的天敵昆蟲(chóng)，在生物防治中也具有重要的利用價(jià)值。目前，麗蠅蛹集金小蜂的遺傳進(jìn)化、系統(tǒng)發(fā)育學(xué)等已有深入研究，但對(duì)其滯育的研究尚不深入。因此，繼續(xù)開(kāi)展金小蜂滯育的系統(tǒng)研究，利用多組學(xué)聯(lián)合分析方法、CRISPR/Cas9技術(shù)等，從組學(xué)水平上綜合研究金小蜂的滯育機(jī)理，解析滯育關(guān)聯(lián)基因和蛋白的功能，分析滯育關(guān)鍵代謝物的作用，闡明滯育的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、激素調(diào)控及分子調(diào)控機(jī)制等，對(duì)揭示昆蟲(chóng)的滯育機(jī)理，明確昆蟲(chóng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)機(jī)制具有重要的理論意義。此外，金小蜂滯育研究的深入開(kāi)展，也將為寄生蜂的大規(guī)模飼養(yǎng)、儲(chǔ)存和應(yīng)用等提供參考，提高寄生蜂在生物防治中的應(yīng)用效果。