《Journal of Asia-Pacific Entomology》：Identification and functional analysis of the
HDAC11 gene in
Helicoverpa armigera
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HDAC11基因在斜纹夜蛾胚胎发育中的功能及表达特性研究。通过克隆斜纹夜蛾HDAC11基因，发现其编码328个氨基酸蛋白并具有高度进化保守性。qPCR分析显示该基因在幼虫期表达最低，胚胎期显著升高，且在幼虫生殖器官和成虫翅膀中特异性表达。RNA干扰实验证实HDAC11敲低导致胚胎发育异常和孵化率下降，组蛋白H3乙酰化水平变化。
滕扎朗|廖子安|李彦|夏顺超|费木清|蔡定学|郭建军|蔡刚刚|李海音
中国贵州大学昆虫研究所山地农业害虫管理重点实验室
摘要
Helicoverpa armigera是一种全球分布的害虫，对农作物造成严重损害。组蛋白去乙酰化酶11（HDAC11）作为组蛋白去乙酰化酶家族的关键成员，通过改变组蛋白结构来调节基因表达。最近的研究表明，HDAC11可能调控蜕皮激素和幼虫激素信号通路，从而影响某些昆虫物种的发育和变态过程。然而，H. armigera中HDAC11的分子特性和生物学功能仍知之甚少。在本研究中，我们从H. armigera中克隆了HDAC11基因，该基因包含一个987 bp的开放阅读框（ORF），编码一个328个氨基酸的蛋白质。序列分析显示，该蛋白具有高度保守的催化结构域；系统发育分析表明，H. armigera的HDAC11与鳞翅目昆虫的同源基因聚类紧密相关，说明其具有很强的进化保守性。通过qPCR进行的表达分析显示，HDAC11在胚胎、蛹和成虫阶段的表达存在明显的时空差异：在幼虫期表达水平较低，而在胚胎发生过程中逐渐升高。进一步的组织特异性表达分析发现，HDAC11在幼虫生殖器官和成虫翅膀中的表达显著增强。通过胚胎RNA干扰（RNAi）的功能研究表明，敲低HDAC11会导致组蛋白H3在K9、K18、K27和K36位点的乙酰化程度显著增加，同时孵化率显著降低。这些发现表明HDAC11在H. armigera的胚胎发育中起着关键作用。
引言
Helicoverpa armigera是一种鳞翅目昆虫，被认为是全球分布最广、危害最大的农业害虫之一。该物种具有高繁殖力和出色的适应性，其多食性使其能够侵害300多种植物，包括棉花、玉米、番茄和烟草等主要作物，导致作物产量和品质大幅下降（Czepak等人，2013年；Safuraie-Parizi等人，2014年；Sarate等人，2012年；Yadav等人，2022年）。目前，化学农药仍是控制这种害虫的主要方法。然而，这些化学物质的广泛使用导致H. armigera种群产生了普遍的耐药性（Tay等人，2013年）。化学控制的日益严峻挑战凸显了开发新型、针对特定目标的害虫管理策略的迫切需求。全面了解调控H. armigera生长、发育和繁殖的分子机制对于识别潜在的分子靶点至关重要。表观遗传修饰通过影响染色质结构和基因表达，在生物发育和环境适应的复杂调控中起着关键作用（Jaenisch和Bird，2003年）。其中，组蛋白乙酰化是一种重要的表观遗传调控机制（Cheng等人，2022年；Libbrecht等人，2020年；Lu等人，2024年；Werner等人，2023年）。这一过程由组蛋白乙酰转移酶（HATs）和组蛋白去乙酰化酶（HDACs）的相互作用动态调节（Grunstein，1997年；Gujral等人，2020年）。HATs促进组蛋白上乙酰基的添加，导致染色质松弛和随后的转录激活，而HDACs则去除乙酰基，导致染色质浓缩和转录抑制（Parbin等人，2014年）。越来越多的证据表明，HDACs和HATs对昆虫的发育、变态和繁殖至关重要。例如，在
Aedes aegypti中，HDACs调节幼虫到蛹再到成虫阶段的幼虫激素（JH）介导的转录重编程（Roy和Palli，2018年）；在
Tribolium castaneum中，RNA干扰介导的HAT基因
NAA40敲低会干扰发育并导致表型异常（Gaddelapati等人，2024年）；在
Nilaparvata lugens中，沉默HDAC基因会显著降低雌性的繁殖力（Zhang等人，2018年）；在
中，沉默HAT基因（
kat6b、
kat7和
kat14）会影响生存或繁殖能力，而敲低HDAC基因
rpd3会改变繁殖方式（Kirfel等人，2020年）。
组蛋白去乙酰化酶11（HDAC11）被认为是组蛋白去乙酰化酶家族的最后一个成员，也是IV类HDAC的唯一代表（Sun等人，2018年）。研究表明，它通过其去乙酰化活性调节组蛋白的乙酰化水平，并参与多种生理过程，如细胞周期调控、免疫反应和代谢稳态（Byun等人，2017年；Jia等人，2024年；Wen等人，2022年；Woods等人，2017年）。在昆虫中，HDAC11的功能作用正在逐渐明确。Tribolium castaneum中，敲低HDAC11会破坏20-羟基蜕皮激素（20E）和幼虫激素（JH）信号通路，导致幼虫发育停滞、化蛹受阻和变态失败（George和Palli，2020b）；在Ae. aegypti中，HDAC11与其他HDACs一起参与JH通路的调控，表明其在内分泌调节中可能发挥作用（Gaddelapati和Palli，2025年）。尽管有这些发现，但HDAC11在H. armigera等农业害虫中的作用尚未得到研究。
在本研究中，我们探讨了H. armigera中HDAC11的分子特性和生物学功能。首先，我们从H. armigera中克隆了HDAC11基因，并分析了其结构特征以评估其进化保守性。随后，我们检查了HDAC11在各个发育阶段的时空表达模式，以阐明其在关键阶段的潜在作用。此外，我们利用RNA干扰技术敲低HDAC11的表达，并观察了胚胎中的表型变化，包括孵化率和胚胎形态的变化。通过结合这些分析，我们旨在阐明HDAC11在H. armigera发育中的作用，从而为昆虫发育的表观遗传调控提供新的见解，并确定潜在的害虫控制靶点。
研究方法
Helicoverpa armigera在人工气候培养箱中以26°C和14:10的光周期条件下饲养。幼虫或成虫组织在冰冷的生理盐水中（0.75% NaCl）解剖，立即在液氮中快速冷冻，并储存在-80°C以供后续使用；每种组织取10个个体的样本合并为一个生物重复样本，每种组织重复三次。来自不同发育阶段的样本各采集三次。
HDAC11的克隆
成功克隆了H. armigera的HDAC11基因。其预测的开放阅读框（ORF）长度为987 bp，编码一个包含328个氨基酸的蛋白质。该蛋白质包含完整的组蛋白去乙酰化酶催化结构域，这是HDAC家族的特征（图1）。
HDAC11的序列比对和系统发育分析
H. armigera的HDAC11与多种昆虫物种的同源蛋白进行多重序列比对，显示出高度的序列一致性，尤其是与Manduca sexta（83.23%）的相似性最高，其次是Galleria
讨论
组蛋白去乙酰化酶（HDACs）通过催化组蛋白上乙酰基的去除，从而调节染色质结构和基因表达，发挥关键的表观遗传调控作用。这些酶参与广泛的生物过程，包括肿瘤发生、神经退行性疾病和发育异常（Mielcarek等人，2015年；Phimmachanh等人，2020年；Shukla和Tekwani，2020年）。值得注意的是，HDAC11是HDAC家族中IV类的唯一代表
结论
总之，我们从H. armigera中克隆了HDAC11基因，随后的系统发育和多重序列分析显示HDAC11基因在不同物种间具有高度保守性。表达模式分析表明，HDAC11HDAC11
作者贡献声明
滕扎朗：撰写——原始草稿、方法学、实验设计。廖子安：验证、正式分析。李彦：撰写——审稿与编辑、资源准备。夏顺超：撰写——审稿与编辑、资源准备。费木清：撰写——审稿与编辑、数据可视化。蔡定学：软件使用、数据管理。郭建军：软件使用、数据管理。蔡刚刚：软件使用、数据管理。李海音：撰写——审稿与编辑、资金获取、概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了中国自然科学基金的资助（32202292, 32560643）。
