《Journal of Stored Products Research》：Physiological effects of tachykinin-related peptides on the reproductive system of
Tenebrio molitor L. (Coleoptera: Tenebrionidae) females: an important pest and mass-reared beetle
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本研究探讨黄粉虫雌虫TRP系统在繁殖中的作用，发现TRP调控卵黄前体合成及卵泡上皮渗透性，RNA干扰验证TRP基因直接作用，为昆虫养殖和害虫控制提供新策略。
N. Konopińska|K. Walkowiak-Nowicka|S. Chowański|G. Nowicki|A. Urbański
波兰波兹南亚当·密茨凯维奇大学生物学院动物生理学与发育生物学系
摘要
预计到2086年，全球人口将达到104亿，这将对可持续食物来源的需求产生显著增加。像Tenebrio molitor Linnaeus, 1758（鞘翅目：拟步甲科）这样的可食用昆虫因其营养价值和低环境影响而成为有前景的替代品。然而，T. molitor也是一种害虫，会导致大量的粮食损失。因此，迫切需要全面了解T. molitor的生理机制，尤其是其生殖系统的功能。
神经肽，包括速激肽相关肽（TRPs），是已知的代谢和免疫调节剂，但它们在昆虫繁殖中的作用仍不清楚。本文研究了TRP系统是否以及如何在分子、生理和个体层面上参与T. molitor的繁殖过程。
研究结果表明，TRPs与T. molitor雌性的生殖生理之间存在密切联系。分子分析显示，编码TRP前体（TRP）、其受体（TRPR）和卵黄生成蛋白（Vg）的基因表达水平之间存在显著相关性，表明TRP可能介导卵黄前体的合成。此外，应用在T. molitor中鉴定出的TRP之一Tenmo-TRP-7，可能通过调节卵泡上皮的通透性影响卵的产生和终末卵母细胞的体积。这些效应通过使用dsRNA敲低TRP基因得到了验证。
研究结果揭示了TRPs在多个层面上调节T. molitor繁殖的作用，丰富了我们对甲虫生理学中激素调节机制的理解。由于该物种在研究中的应用，这些发现可能有助于开发环保的害虫控制策略和促进昆虫养殖的方法。
引言
尽管许多科学中心声称人口增长将会趋于稳定，但全球人口仍在持续增长。根据联合国的预测，2086年人口将达到约104亿（Gerland等人，2022年）。人口增长伴随着对食物需求的不断增加——根据《自然食品》杂志上发表的一项荟萃分析，到2050年这一需求可能增加56%（Van Dijk等人，2021年）。与此同时，传统的畜牧业对环境造成了巨大压力，导致水资源消耗增加、温室气体排放和生态系统退化（Steinfeld等人，2006年）。面对这些挑战，寻找可持续、高效和安全的蛋白质及其他营养来源变得至关重要。最有前景的解决方案之一是可食用昆虫，例如黄粉虫Tenebrio molitor Linnaeus, 1758（鞘翅目：拟步甲科），该物种已被欧盟批准作为食物来源（N. F. 和 F. A. (NDA) EFSA营养小组，2021年）。这种昆虫具有很高的营养价值，含有大量易于消化的蛋白质和脂肪（包括不饱和脂肪酸），其氨基酸组成符合FAO/WHO的标准（N. F. EFSA营养小组，2021年）。此外，黄粉虫幼虫生长迅速，易于饲养，所需资源远少于牲畜——它们消耗的水、饲料和空间更少，同时产生的温室气体也更少（Kotsou等人，2024年；Moruzzo等人，2021年；Oonincx和De Boer，2012年）。黄粉虫还可以以有机废物为食，符合循环经济的理念（Moruzzo等人，2021年）。然而，要充分发挥T. molitor在食品生产中的潜力，有必要优化其繁殖周期，因为这决定了工业规模养殖的效率。
另一方面，T. molitor也是一种造成严重经济损失的昆虫。这类昆虫导致了全球谷物产品高达15%的损失（Spochacz等人，2018年；Zahra等人，2025年）。由于这些昆虫造成的巨大损失，人们经常使用杀虫剂来控制它们的数量，但尽管杀虫剂有效，常用的化学杀虫剂有许多缺点——它们可能伤害授粉者、人类和其他非目标生物，并导致生物多样性的丧失（Jayaprakas等人，2023年）。此外，昆虫会逐渐产生抗药性，从而需要增加杀虫剂的使用剂量。根据粮农组织（FAO）的数据，2022年杀虫剂的使用量高达375万吨。面对这些挑战，人们正在寻找新的、选择性的作物保护方法，以实现对环境和非目标生物的安全保护。
同时，人们对昆虫神经肽及其信号通路作为支持繁殖和植物生物防御的新化合物类别的兴趣日益增加（Van Hiel等人，2010年）。特别是速激肽相关肽（TRPs）具有很大潜力，它们调节许多与行为、发育和生长相关的过程，包括代谢、免疫和食物摄入（Ahrentl?v等人，2025年；Toprak，2020年；Urbański等人，2021年）。然而，它们对昆虫（尤其是T. molitor）生殖系统的影响仍知之甚少。本研究证实了TRPs可以影响生殖系统的活性，这一发现通过RNA干扰（RNAi）技术和对TRP前体基因的dsRNA敲低得到了验证。
通过确定TRPs的生殖功能并通过RNAi验证其直接效应，为T. molitor的生殖过程提供了有针对性的调控基础，这可能显著提高工业昆虫养殖的效率和可扩展性。同时，干扰TRP信号通路的能力为以选择性和环保的方式控制害虫的繁殖能力开辟了新的可能性。这些双重潜力突显了昆虫神经肽作为可持续食品生产和下一代植物保护策略的分子工具的广泛适用性。
研究部分
昆虫
本研究使用的模式生物是T. molitor雌性甲虫。昆虫在波兰波兹南亚当·密茨凯维奇大学生物学院的动物生理学与发育生物学系中饲养，使用MIR 154-PE培养箱（PHCbi，新加坡），在完全黑暗条件下，温度为28°C，湿度为65±5%。T. molitor的性别鉴定在蛹期根据外部形态特征进行。通过检查腹部的腹侧来确定性别：雌性
1-7天龄Tenebrio molitor雌性中TRP、TRPR和Vg的表达水平
结果显示，头部（TRP H和TRPR H）中的TRP和TRPR表达总体稳定，但在第5天（TRP H）以及第6天和第7天（TRPR H）有显著增加。在脂肪体中，从第3天到第7天，编码TRP前体的基因表达显著增加，而TRPR的表达从第2天持续增加到第7天。在第6天和第7天，卵巢中的TRPR基因表达显著下调。对于脂肪体中的Vg（Vg FB），在第3-5天和第7天观察到过表达
讨论
我们的研究表明，Tenmo-TRP-7及其信号通路的调节可以通过RNAi影响T. molitor雌性的繁殖，这突显了其在工业昆虫养殖和种群控制方面的潜力。
对T. molitor雌性生殖系统成熟过程中TRP和TRPR基因表达模式的分析揭示了这些基因在神经系统、脂肪体和卵巢中的动态变化。有趣的是，TRPR基因与...
CRediT作者贡献声明
N. Konopińska：撰写——审稿与编辑、原始草稿撰写、数据可视化、方法学研究、数据分析、概念化。K. Walkowiak-Nowicka：撰写——审稿与编辑、数据可视化、监督、方法学研究、数据分析、概念化。S. Chowański：撰写——审稿与编辑、数据管理。G. Nowicki：撰写——审稿与编辑、方法学研究。A. Urbański：撰写——审稿与编辑、监督、概念化。
利益冲突声明
作者声明以下财务利益/个人关系可能被视为潜在的利益冲突：Arkadiusz Urbanski报告称获得了波兰国家科学中心的财政支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了波兰国家科学中心（Grant No. 2021/41/B/NZ9/01054）的资助。我们还要感谢Natalia Bylewska、Rados?aw Gmyrek、Karolina Koz?owska和Sara Tchórzewska在饲养T. molitor方面的帮助。在准备这项工作时，作者使用了Rubriq软件（American Journal Experts (AJE)进行语言校正。使用该工具后，作者根据需要审阅和编辑了内容，并对内容负全责。
