2023年10月15日，国际著名生物学期刊《eLife》杂志在线发表了中国农业大学昆虫学系刘小侠/张松斗团队的研究论文《miR-252靶向于温度受体基因CcTRPM调控中国梨木虱夏型向冬型转变》“miR-252 targeting temperature receptor CcTRPM to mediate the transition from summer-form to winter-form of Cacopsylla chinensis”。该研究首次证明了低温及温度受体CcTRPM通过影响表皮厚度和表皮几丁质含量调控中国梨木虱夏型向冬型的转变，miR-252通过维持靶标基因CcTRPM的表达稳定进而参与该过程。相关结果不仅为全面解析中国梨木虱暴发成灾的生态适应机制奠定坚实的理论基础，还为梨木虱的绿色防控提供新思路。

昆虫非遗传多型性（polyphenism）是指同一基因组或同一基因型的昆虫在外界环境因子诱导下产生的不同表型，一直是昆虫生态学、表观遗传学和发育生物学等前沿领域的研究热点。中国梨木虱（Cacopsylla chinensis）属半翅目木虱科，是中国梨产区的主要害虫之一，专食梨树。既能以成、若虫刺吸嫩芽和嫩叶直接进行危害，也可传播梨火疫病菌、分泌蜜露和蜡丝等间接进行危害，严重威胁梨产业的健康可持续发展。该害虫随季节变化呈现出形态特征差异显著的夏型和冬型，属于典型的非遗传多型性。夏型体表颜色浅，活动能力强，危害严重，在梨树落叶前产的卵发育转变为冬型。冬型体表颜色为褐色至黑褐色，体躯增大，活动能力弱但抗逆能力增强。随着早春温度升高，冬型在梨树嫩芽处产卵并发育为夏型（图1）。虽然中国梨木虱的季节多型现象在很多年前已经被报道过，但是具体的分子机制还不清楚。

图1. 中国梨木虱夏型和冬型不同虫态的外形特征

瞬时感受器电位（transient receptor potential，TRP）通道是一类重要的阳离子通道，作为受体参与温度、光和机械刺激等感觉的发生。加州大学旧金山分校David J. Julius教授因为发现了哺乳动物体内感受温度的热敏受体TRPM8和TRPV1，而获得了2021年诺贝尔生理学或医学奖。该奖项的公布给予该项工作非常大的启发，推测中国梨木虱体内的温度受体基因可能响应低温调控夏型向冬型转变。为了解析低温诱导中国梨木虱夏型向冬型转变的分子奥秘，该团队主要完成了以下工作：（1）首先，在实验室内构建了夏型向冬型转变的模型：通过外部形态特征和表皮组织切片比较发现，体色和表皮厚度是夏型和冬型同龄期若虫和同时期成虫的最主要区别特征。10°C低温通过影响表皮厚度和表皮成分的含量诱导中国梨木虱夏型向冬型转变。（2）利用钙离子成像、荧光原位杂交FISH、RNA干扰、WGA-FITC染色和透射电镜等技术证明了温度受体基因CcTRPM通过影响表皮厚度和表皮成分的含量诱导中国梨木虱夏型向冬型转变（图2）。（3）通过双荧光素酶检测、qRT-PCR、FISH和RNA结合蛋白免疫沉淀（RIP）等技术证明了miR-252负调控靶标基因CcTRPM的表达。（4）通过miRNA激动剂和拮抗剂的处理、WGA-FITC染色和透射电镜等技术证明了miR-252靶向CcTRPM调控该季节多型现象。（5）几丁质生物合成信号关键基因CcTre1和CcCHS1作用于CcTRPM和miR-252的下游参与中国梨木虱夏型向冬型转变。

图2. 温度受体CcTRPM响应低温调控中国梨木虱夏型向冬型的转变

综上所述，在25°C条件下，中国梨木虱夏型1龄若虫体内的温度受体基因CcTRPM由于受到miR-252的抑制作用而处于不活跃状态，夏型1龄若虫正常地发育为夏型3龄若虫和成虫。然而，在10°C条件下，低温显著地激活了CcTRPM的表达，miR-252为了防止CcTRPM的过量表达，负调控该基因的表达。温度受体基因CcTRPM通过促进几丁质生物合成途径相关基因CcTre1和CcCHS1的表达导致表皮厚度明显地变厚、表皮几丁质含量显著地增加。最后，夏型1龄若虫为了更好地适应低温转变为冬型3龄若虫和成虫（图3）。因此，我们推测“夏-冬两型转变”正如“夏-冬穿衣原则”。夏天天气比较热，人们穿上短裤短袖，而中国梨木虱进化出更薄的表皮和颜色更浅的表皮。冬天天气较冷，人们就穿上棉衣棉裤，而中国梨木虱则进化出更厚的表皮和颜色更深的表皮，以适应寒冷的天气（图4）。

图3. miR-252靶向CcTRPM调控中国梨木虱夏型向冬型转变的分子模式图

图4. “夏-冬两型转变”正如“夏-冬穿衣原则”

中国农业大学为该项工作的第一完成单位，张松斗副教授为第一作者，刘小侠教授为通讯作者，李贞副教授和李建瑛等4名研究生也参与了该项工作。中国科学院动物研究所王琛柱研究员、浙江大学徐海君教授和河南农业大学安世恒教授对该项工作的顺利完成给予了非常重要的建议和帮助。该研究得到了国家自然科学基金青年项目（32202291）、国家梨产业技术体系虫害防控岗位（CARS-28）和教育部中央高校基本科研业务费（2023TC048）的资助。

刘小侠：中国农业大学植物保护学院昆虫学系教授，博士生导师，国家梨产业技术体系岗位科学家，国家科技特派团成员。长期从事害虫综合治理、昆虫病毒学等方面的研究工作。目前发表论文100多篇，其中以第一作者或者通讯作者在eLife，Molecular Ecology，Science of the Total Environment, Nanoscale, Chemosphere等期刊发表SCI论文60多篇。参与编写著作8部，作为主编编写著作2部；获得授权专利3项。曾获大北农青年科技奖，中国昆虫学会青年科技奖，作为第三完成人获河北省科技进步二等奖等。社会任职：北京昆虫学会理事、北京树木医学会理事、中国植物保护学报编委、应用昆虫学报编委，中国植物保护学会生物安全委员会副主任、中国昆虫学会生物防治委员会委员等职。

张松斗：中国农业大学植物保护学院昆虫学系副教授，博士生导师，昆虫学系副系主任。2017年在中国农业大学获得了农业昆虫与害虫防治专业博士学位，2017.7-2020.8在美国康涅狄格大学做博士后研究，2020.11月以“优秀人才”身份被引进到中国农业大学昆虫学系。目前，研究工作主要集中在果园重要害虫中国梨木虱和梨小食心虫的暴发成灾机制及绿色防控技术。以第一作者在eLife，Molecular Ecology，Insect Biochemistry and Molecular Biology和Insect Science等国际著名生物学杂志发表高水平SCI论文十几篇。主持国家自然科学基金青年项目和教育部中央高校基本科研业务费等，以骨干身份参与国家梨产业技术体系虫害防控岗位和多个面上项目的工作。主讲本科生《农业昆虫学》和《农业昆虫学实验》，参讲研究生《发育生物学》等课程。兼任中国植物保护学会青委会成员。

文章链接：

https://elifesciences.org/articles/88744

Zhang, S.D., Li, J.Y., Zhang, D.Y., Zhang, Z.X., Meng, S.L., Li, Z., & Liu, X.X. (2023). MiR-252 targeting temperature receptor CcTRPM to mediate the transition from summer-form to winter-form of Cacopsylla chinensis. eLife, 12: RP88744. DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.88744