捕食性与植食性蝽类代谢组学差异揭示昆虫食性分化的代谢基础

《Journal of Insect Science》：Untargeted metabolomics reveals divergent metabolic profiles between the predatory Arma chinensis and the Phytophagous Halyomorpha halys

本研究通过非靶向代谢组学技术，对比分析了捕食性天敌昆虫中华通草蛉（Arma chinensis）与植食性害虫茶翅蝽（Halyomorpha halys）的全局代谢谱。研究发现两种昆虫在脂质、有机酸及植物次生代谢物积累方面存在显著差异，并揭示了性别特异性代谢模式。该研究为理解昆虫食性适应的生理机制提供了新视角，对天敌昆虫规模化繁育和害虫绿色防控具有指导意义。

　　

在昆虫王国的生态网络中，食性分化是驱动物种多样性形成的关键因素。同属半翅目蝽科的中华通草蛉（Arma chinensis）和茶翅蝽（Halyomorpha halys）虽亲缘关系密切，却演化出截然不同的取食策略：前者是高效捕食鳞翅目、鞘翅目害虫的天敌昆虫，被誉为"田间卫士"；后者则是危害梨、苹果等经济作物的典型植食性害虫。这种相近物种间的食性分化现象，为探索昆虫代谢适应机制提供了理想模型。然而，当前研究多集中于形态学、生物学特性等宏观层面，对于食性差异如何塑造昆虫内在代谢表型的认知仍存在空白。

为揭示这一问题，研究人员在《Journal of Insect Science》发表论文，采用非靶向代谢组学技术，系统比较了两种昆虫的全局代谢谱。研究选取实验室驯化培养的新羽化成虫，设置中华通草蛉雌雄（AF/AM）和茶翅蝽雌雄（HF/HM）共4个实验组，通过超高效液相色谱-轨道阱高分辨质谱（UPLC-Orbitrap Exploris 120）平台进行代谢物检测，结合多元统计分析（PCA、OPLS-DA）和KEGG通路富集分析，从代谢层面解析食性分化的生理基础。

关键技术方法包括：1）实验昆虫标准化培养（中华通草蛉投喂柞蚕蛹，茶翅蝽饲喂新鲜玉米）；2）基于高分辨质谱的非靶向代谢组学检测；3）采用OPLS-DA模型筛选差异代谢物（VIP>1且FDR<0.05）；4）KEGG数据库通路富集分析。

研究结果首先通过主成分分析（PCA）显示，两种昆虫的代谢谱呈现明显分离趋势，而同一物种的雌雄个体则聚集紧密（图1）。正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）进一步证实了种间代谢差异的显著性（图2-3），模型验证参数（R²Y>0.998，Q²>0.87）表明分析结果可靠。

在差异代谢物鉴定方面，雌性比较（AF vs HF）筛选出194个差异代谢物，雄性比较（AM vs HM）鉴定出195个。代谢物分类显示：中华通草蛉显著富集脂质及类脂分子（占差异代谢物16.5%），而茶翅蝽则以有机酸及其衍生物（14.9%）、植物次生代谢物为主（表1-2）。火山图直观展示了这种代谢分化模式（图5），且 Venn 图分析发现两性间差异代谢物存在高度重叠，但上调代谢物更具性别特异性（图4）。

层次聚类热图（图6）清晰呈现了种间代谢谱的分群规律。KEGG富集分析发现，ABC转运蛋白通路在雌雄比较中均为最显著富集通路（图7）。此外，碳水化合物代谢（9条通路）和氨基酸代谢（雌性4条，雄性8条）也显著富集。这些通路差异反映了两种昆虫不同的营养利用策略：中华通草蛉作为捕食者，需要高效利用猎物中的脂质和蛋白质资源；而茶翅蝽作为植食者，则需应对植物汁液的低营养密度和次生代谢物胁迫。

研究还揭示了显著的性别二型性代谢特征。雌性个体普遍表现出更高的脂质积累，这与卵黄发生等生殖投资需求相符；雄性则显示出与蛋白质合成相关代谢物的相对增加，可能与其捕猎和求偶行为的能量需求有关。这种性别特异性代谢模式在多种昆虫中均有报道，如按蚊（Aedes aegypti）雌性对维生素B的需求差异，以及家蚕（Bombyx mori）雌激素相关受体对雌性能量代谢的调控作用。

该研究通过代谢组学视角揭示了昆虫食性分化的生理基础，不仅为理解昆虫适应性进化提供了新证据，也为天敌昆虫规模化繁育（如优化人工饲料脂质配比）和害虫绿色防控（如靶向ABC转运蛋白的控害策略）提供了理论依据。研究者建议后续研究可通过组织特异性代谢组学、靶向定量验证等手段，进一步深化对关键代谢物功能机制的解析。