CYP6A14 是主要的 P450 环氧化酶，负责蚜虫（Aphis craccivora）中幼虫激素 III（juvenile hormone Ⅲ）的生物合成过程

本研究鉴定了菜豆蚜（Aphis craccivora）中关键环氧酶Ac-CYP6A14，明确了JH IIIA通过酯化形成JH III再经环氧化生成JHSB3的合成途径，并通过胚胎组织JHSB3水平差异及基因表达分析验证了该途径的时空特异性。体外催化实验证实Ac-CYP6A14直接催化JH IIIA转化为JHSB3，且该反应需先酯化后环氧化。研究揭示了蚜虫JHSB3生物合成的新机制，为靶向JH通路控制虫害提供了理论依据。

　　

李浩林|孔雪|杨涵|杨东宇|魏继光|李学胜

中国广西壮族自治区南宁市广西大学农学院农业环境与农产品安全重点实验室，邮编530004

摘要

昆虫的幼虫激素（JHs）在调节其发育和繁殖过程中起着关键作用。在豇豆蚜虫（Aphis craccivora）中，JH Ⅲ酸（JH ⅢA）可以转化为JH Ⅲ跳过式双环氧物（JHSB₃）；然而，参与这一转化的酶及其途径尚未被完全阐明。在本研究中，我们确定了Ac-CYP6A14作为关键的JH环氧化酶，并研究了其在A. craccivora中JHSB₃生物合成途径中的作用。此外，我们发现胚胎组织中的JHSB₃含量显著高于母体组织。转录组分析显示胚胎中有六个基因上调。时间表达模式分析表明，只有Ac-CYP6A14的表达与JHSB₃含量一致。沉默Ac-CYP6A14可降低JHSB₃的含量。体外催化实验证实Ac-CYP6A14能够催化JH Ⅲ向JHSB₃的转化。进一步的研究表明，“先环氧化后酯化”的途径是不可行的。综上所述，我们的研究阐明了JHSB₃的生物合成途径：JH ⅢA首先被酯化形成JH Ⅲ，随后由Ac-CYP6A14进行环氧化生成JHSB₃。

引言

幼虫激素（JHs）是调控昆虫生长、发育和繁殖的重要因子（El-Sheikh等，2016），它们在昆虫的侧体（corpora allata）中合成（Stay，2000）。目前已鉴定出的八种JHs包括JH 0、JH I、JH II、JH Ⅲ、4-甲基JH I、甲基法尼酸酯（MF）、JH Ⅲ双环氧物（JHB₃）和JH Ⅲ跳过式双环氧物（JHSB₃）（Cheng等，2014；Nur Aliah等，2021；Yi等，2023）。JH Ⅲ存在于大多数昆虫物种中（Daimon和Shinoda，2013）。相比之下，JHSB₃主要存在于半翅目昆虫中，最早由Kotaki等（2009）在东方臭虫（Plautia stali）中发现。JH Ⅲ含有一个环氧基团，而JHSB₃的结构中包含两个环氧基团（Kotaki等，2012；Ramirez等，2020）；这两种化合物可能都是通过双加氧酶的氧化反应或涉及两种不同氧化酶的连续氧化反应生成的（Chung等，2009）。JH Ⅲ的环氧结构有效调控了大多数昆虫的变态发育和生殖生物学功能（Daimon等，2012）。Nouzova及其同事的研究表明，在黄热病蚊子（Aedes aegypti）中，JH Ⅲ比MF具有更强的生殖优势（Nouzova等，2021），这突显了环氧化作用在JH衍生物（如JHSB₃）功能多样化中的重要性。因此，JHSB₃中额外环氧结构的特异性生物合成可能在半翅目的变态、表型分化和生殖行为中发挥重要作用（Kotaki等，2020）。

关于半翅目昆虫中JHSB₃的研究仍然有限。外源性JHSB₃的局部应用已被证明可以防止豆象（Riptortus pedestris）进入生殖滞育状态（Ando等，2020），减少褐斑臭虫（Halyomorpha halys）的触角节数（Kotaki等，2020），并影响Plautia stali的前翅和盾片发育（Kotaki等，2011）。Li等（2025）揭示了蚜虫中JH Ⅲ和JHSB₃的功能差异。然而，JHSB₃的生物合成和调控机制仍不清楚。JH Ⅲ酸（JH ⅢA）向JHSB₃的转化涉及环氧化和酯化反应（Daimon和Shinoda，2013；Villalobos-Sambucaro等，2020），但这些反应的具体顺序尚不明确。根据不同的反应顺序，提出了两种中间产物：JH Ⅲ（首先发生氧化）和JHSB₃酸（JHSB₃A；首先发生酯化）（图S1）。这一假设为未来研究JHSB₃的生物合成机制提供了框架。

蚜虫属于半翅目（Hemiptera），已知有超过5000种（Foottit等，2008）。它们是全球主要的害虫，通过快速繁殖和多态性对农业和林业造成严重损害（Singh和Singh，2021）。在其生命周期中，蚜虫会经历多个发育阶段，包括卵、无翅雌性（fundatrix）、无翅有性雌性、产生有性后代的无翅雌性以及有性雄性（Miura等，2003）。JH调节这些发育和生殖转变，从而影响多态性和翅膀的产生等特征（Ogawa和Miura，2014）。母体中的JH水平影响后代的形态：高JH水平促进无翅形态，而低JH水平则产生有翅形态（Ishikawa等，2013）。蚜虫还通过调节激素途径来调控生殖模式的转变；例如，在短光照周期下JH酯酶的上调会触发有性形态的产生（Ishikawa等，2012）。这些机制表明JH如何帮助蚜虫响应环境信号并维持其复杂的生命周期。基于此，本研究探讨了A. craccivora中JHSB₃的最终生物合成途径，旨在阐明其生物合成步骤并确定相关的CYP酶。这些发现可能为针对JH介导的途径的害虫管理策略提供依据，从而加深对JH如何调控蚜虫有性繁殖多态性和翅膀二态性的理解。

实验部分

昆虫与化学物质

2021年10月，我们从豇豆田中收集了Aphis craccivora个体，并在实验室控制条件下（26°C ± 1°C，14:10小时光照-黑暗周期）在豌豆幼苗上饲养。这些条件模拟了适宜的环境，促进了全年孤雌生殖，建立了纯雌性种群用于实验，确保了与蚜虫生态和生理特性的一致性。

为了标准化蚜虫的生长，将雌性成虫放置在豌豆幼苗上4小时

测定A. craccivora中的JH Ⅲ、JHSB₃、JH ⅢA和JHSB₃A

先前描述的方法有效分离了JH ⅢA、JHSB₃和JH Ⅲ，它们的保留时间分别为4.63分钟、5.02分钟和5.46分钟。相应的定量限（LOQs）分别为630 pg/mL、50 pg/mL和150 pg/mL。回收率和基质效应均符合检测标准（Li等，2024）。JHSB₃A的质谱分析显示其保留时间为2.02分钟，LOQ为74.50 pg/mL，加标回收率为72.14%–75.48%（表S7）

讨论

A. craccivora中JH Ⅲ的生物合成途径与鳞翅目昆虫相似（Daimon和Shinoda，2013；Li等，2024），其中Ac-CYP15A1将法尼酸（FA）氧化为JH ⅢA，随后通过Ac-JHAMT进行酯化生成JH Ⅲ（Daimon和Shinoda，2013；Li等，2024）。最新研究表明Ac-CYP15A也参与JH ⅢA向JHSB₃的转化，证实JH ⅢA是其前体（Li等，2024）。

作者贡献声明

李浩林：撰写——初稿撰写、可视化处理、验证、数据分析。孔雪：撰写——审阅与编辑、数据分析。魏继光：撰写——审阅与编辑。李学胜：撰写——审阅与编辑、方法学研究、资金获取、概念构思。杨涵：监督、数据管理。杨东宇：方法学研究

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号32360135）、广西大学科技创新发展倍增计划项目（编号ZX02100033124008）、广西自然科学基金重点项目（编号2025JJD130031）以及山东省农业科学院农业科技创新工程（编号CXGC2025F21-1-18）的支持。