柑橘木虱蜜露排泄機(jī)制：進(jìn)展與展望

舒本水, 吳仲真, 崔 揚(yáng), 林家豪, 林進(jìn)添

(仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院, 廣州市亞熱帶果樹重大疫情控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣州510225)

柑橘木虱Diaphorinacitri屬半翅目(Hemiptera)木虱科(Psyllidae)，是柑橘、檸檬、九里香等蕓香科植物的重要害蟲，主要以寄主植物韌皮部汁液為食(Alvesetal., 2014)。作為一種世界性害蟲，柑橘木虱目前在國外主要分布于美國、墨西哥、巴西等美洲國家，而在我國主要分布于海南、臺灣、廣東、廣西、江西等13個(gè)省、自治區(qū)，且隨著氣候變暖有逐漸向北擴(kuò)散的趨勢(汪善勤等, 2015; 吳蘭花等, 2018)。柑橘木虱具有多種為害方式：(1)成蟲和若蟲通過刺吸式口器取食寄主植物嫩梢和嫩芽汁液，導(dǎo)致嫩梢和嫩芽萎蔫，卷曲畸形，最后凋落(江宏燕等, 2018)；(2)柑橘木虱是柑橘毀滅性病害——柑橘黃龍病(huanglongbing, HLB)的主要傳播媒介，感染黃龍病菌的柑橘葉片黃化，早開花，結(jié)果率低且果實(shí)為青果或紅鼻子果，無食用價(jià)值，給柑橘生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失(Bové, 2006; George and Lapointe, 2019)；(3)柑橘木虱取食植物汁液后排泄大量的蜜露，蜜露沾粘葉片，引發(fā)煤煙病，影響植物光合作用，導(dǎo)致植物葉片出現(xiàn)褐色枯瓣，嫩梢枯萎甚至死亡(El-Sheshenyetal., 2016; Kishketal., 2017)。

半翅目昆蟲中多數(shù)種類屬于植食性昆蟲，在整個(gè)生命周期僅以高糖和低氨基酸的植物韌皮部汁液作為唯一的食物，因此大量糖類的攝取會導(dǎo)致昆蟲體內(nèi)高滲透壓的出現(xiàn)(Hijazetal., 2016)。蔗糖被認(rèn)為是導(dǎo)致昆蟲體內(nèi)滲透壓升高的主要原因，因?yàn)槟c道內(nèi)的蔗糖不能穿過細(xì)胞膜而無法被細(xì)胞吸收(Price and Gatehouse, 2014)。昆蟲為降低或消除體內(nèi)高滲透壓，將體內(nèi)過量攝入的糖類轉(zhuǎn)化成長鏈寡糖，最終排出體外形成蜜露(Douglas, 2006)。常見的排泄蜜露的半翅目昆蟲包括飛虱、粉虱、木虱、蚜蟲、蚧殼蟲等(陸宴輝等, 2005; 劉萬學(xué)等, 2007)。半翅目昆蟲排泄蜜露是一種重要的生態(tài)學(xué)過程，具有促進(jìn)共生及增加養(yǎng)分循環(huán)等多種功能(Moiretal., 2018)。其排泄的蜜露能夠作為螞蟻、蜜蜂、蟑螂、蛾類等昆蟲的重要食物資源，螞蟻-半翅目-蜜露三者在長期進(jìn)化過程中形成的密切相互作用對生態(tài)系統(tǒng)具有重要作用(Styrsky and Eubanks, 2007; Moiretal., 2018)。三者之間的相互作用導(dǎo)致寄主植物上天敵等節(jié)肢動物的行為、空間分布和群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，同時(shí)對寄主植物也會產(chǎn)生直接或間接的生態(tài)學(xué)效益等(張峰等, 2001; 王思銘和陳又清, 2011)。不被昆蟲等動物食用的蜜露則能夠促進(jìn)土壤微生物及真菌的生長，從而促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)。此外，蜜露引起的霉菌生長對農(nóng)作物同樣可能會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失(Dhamietal., 2013; Siemion and Stevens, 2015)。

目前控制柑橘木虱最為主要的方法是化學(xué)防治，可利用的化學(xué)殺蟲劑包括有機(jī)磷類、新煙堿類、氨基甲酸酯類、阿維菌素類及擬除蟲菊酯類等農(nóng)藥(田發(fā)軍等, 2018)。但柑橘木虱遷移能力、在不同寄主交替存活的能力及其抗藥性的發(fā)生發(fā)展導(dǎo)致殺蟲劑無法有效控制種群數(shù)量(Boina and Bloomquist, 2015; Kruseetal., 2017)。柑橘木虱蜜露排泄分子機(jī)制表明，其自身進(jìn)化出成熟的滲透調(diào)節(jié)機(jī)制應(yīng)對攝入體內(nèi)的高糖溶液，而干擾關(guān)鍵滲透調(diào)節(jié)基因能夠抑制柑橘木虱蜜露排泄并引起昆蟲死亡，研究成果為柑橘木虱防治提供新的防治方向與思路(Santos-Ortega and Killiny, 2018)。本文通過對柑橘木虱蜜露排泄行為、蜜露組成成分、影響該行為的因素及其分子機(jī)制進(jìn)行總結(jié)論述，以期為后續(xù)柑橘木虱生理學(xué)研究以及為研制柑橘木虱防治新型藥劑開發(fā)新靶標(biāo)提供一定的理論依據(jù)及參考。

1 柑橘木虱蜜露排泄行為

柑橘木虱為不完全變態(tài)昆蟲，若蟲和成蟲均排泄蜜露，但行為上有所差異。Ammar等(2013)對柑橘木虱蜜露排泄行為進(jìn)行了詳細(xì)地觀察與描述：雌雄成蟲取食植物葉片或嫩梢時(shí)，蟲體與植物葉或嫩梢表面成40°傾斜角。雄成蟲排泄蜜露的主要器官是肛門，且其結(jié)構(gòu)比雌成蟲和若蟲的簡單。雄成蟲腹部末端向下彎曲，調(diào)整肛門位置后在其蟲體后方輕輕地排泄一滴透明的蜜露。整個(gè)過程大概只需要2～3 s，每4 min或更長時(shí)間再重復(fù)一次，直到多滴蜜露堆積變大后雄蟲才轉(zhuǎn)移至其他地方進(jìn)行取食。雌成蟲肛門結(jié)構(gòu)及蜜露排泄行為與雄成蟲相比復(fù)雜得多。雌成蟲肛門周圍環(huán)繞著由蠟孔組成的橢圓形環(huán)狀環(huán)結(jié)構(gòu)。通過行為記錄發(fā)現(xiàn)雌成蟲蜜露排泄前期首先短暫地抽動翅，腹部末端稍微向下彎曲，推動蜜露顆粒穿過金字塔形折疊的翅并停留在翅之間。同時(shí)腹部再次向下彎曲產(chǎn)生高速的推動力將蜜露顆粒向上或向側(cè)面推進(jìn)。雌成蟲排泄蜜露的速度更快，大約1/4 s的時(shí)間即可完成整個(gè)過程，但距離下一次排泄蜜露則需要20～30 min甚至更長時(shí)間。一般蜜露顆粒不會落在雌蟲蟲體后方，而是出現(xiàn)在蟲體右側(cè)且距離蟲體一段距離。若蟲以幼嫩的寄主植物枝條為食，且在同一取食地點(diǎn)取食很長時(shí)間。其肛門附近同樣具有由蠟孔組成的復(fù)雜環(huán)狀環(huán)結(jié)構(gòu)，當(dāng)其取食的同時(shí)連續(xù)地排泄蜜露(Ammaretal., 2013)。

2 柑橘木虱蜜露的組成成分

與排泄行為一樣，柑橘木虱雌雄成蟲及若蟲排泄的蜜露在顏色和紋路等方面均存在顯著的差異(Ammaretal., 2013)。若蟲取食的同時(shí)排泄蜜露，且排泄的蜜露呈現(xiàn)白色扭曲的帶狀或圓柱形實(shí)心管狀，長度是若蟲體長的數(shù)倍，且蜜露帶/管的寬度隨著若蟲齡期的增加而變大。雄蟲排泄的蜜露更為透明清亮，而雌蟲排泄的蜜露則為由蠟質(zhì)包裹的各種形狀和大小的白色顆粒體物質(zhì)，包括準(zhǔn)球形和橢圓形等。此外，與雄蟲蜜露相比雌蟲蜜露更白更堅(jiān)固且粘度更低(Ammaretal., 2013)。有學(xué)者認(rèn)為蚜蟲排泄的蜜露外層包裹蠟質(zhì)是為了保護(hù)自身、卵及低齡若蟲不被蜜露覆蓋(Smith, 1999)。結(jié)合柑橘木虱雌蟲排泄蠟質(zhì)層及將蜜露排泄到遠(yuǎn)離自身等這些生理現(xiàn)象推測以上理論同樣適用于解釋柑橘木虱雌雄成蟲蜜露及其排泄行為的差異性。

通過氣相色譜儀分析蜜露成分發(fā)現(xiàn)，柑橘木虱蜜露主要由糖類和有機(jī)酸組成，同時(shí)含有少部分的氨基酸，其中糖類占總化合物的95%左右(Dhamietal., 2011)。成蟲蜜露中包含14種糖類，包括蔗糖、果糖、葡萄糖、海藻糖、麥芽糖和甘露糖醇等，與蚜蟲等昆蟲蜜露糖類成分基本一致(Dhamietal., 2011)。氨基酸成分分析表明蜜露中含有13種氨基酸，包括纈氨酸、丙氨酸、絲氨酸、谷氨酰胺和甘氨酸等，其中脯氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸和谷氨酸是蜜露中最豐富的氨基酸。此外蜜露中還檢測出6種有機(jī)酸(乳酸、琥珀酸、蘋果酸、檸檬酸、富馬酸和奎尼酸)(Hijazetal., 2016)。紅外光譜分析表明柑橘木虱雌蟲排泄的蜜露外表覆蓋的白色蠟質(zhì)層與蜂蠟及其他一些酯蠟類似(Ammaretal., 2013)。進(jìn)一步成分分析發(fā)現(xiàn)半翅目昆蟲蠟層其主要由蠟酯、長鏈醛、碳?xì)浠衔锖烷L鏈醇組成(Buckneretal., 1999; Nelsonetal., 2000)。

3 影響柑橘木虱蜜露排泄的因素

3.1 寄主植物

柑橘木虱的寄主范圍主要包括50多種蕓香科植物，但并不是所有的寄主都能夠保證其完成整個(gè)生活史(Halbert and Manjunath, 2004)。寄主植物形態(tài)特征差異或韌皮部汁液的營養(yǎng)質(zhì)量會導(dǎo)致柑橘木虱發(fā)育、攝食及生存能力等生物學(xué)參數(shù)出現(xiàn)差異(Wilsonetal., 2015)。例如植物枝條隨著取食時(shí)間延長營養(yǎng)成分降低會導(dǎo)致柑橘木虱若蟲蜜露排泄下降以及出現(xiàn)高死亡率(Juan-Blascoetal., 2012)。溫室條件下采用5種不同的蕓香科植物飼喂柑橘木虱會導(dǎo)致其發(fā)育時(shí)間及發(fā)育高峰期出現(xiàn)差異(Hall and Hentz, 2016)。此外不同寄主植物對柑橘木虱的蜜露排泄行為也有影響。采用5種不同的柑橘品種(Pera, Hamlin, Valencia, Ponkan mandarin和Sicilian lemon)及七里香Murrayapaniculata飼喂柑橘木虱后測定其蜜露排泄情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)柑橘木虱在Valencia甜橙植株上蜜露排泄量最大，而在Ponkan mandarin和Sicilian lemon植株上的排泄量較低。利用Sunki mandarin和Rangpur lime兩種砧木嫁接Pera甜橙品種后飼喂柑橘木虱，發(fā)現(xiàn)砧木的差異不會影響柑橘木虱的蜜露排泄(Alvesetal., 2018)。此外寄主植物還會影響蜜露組成成分。取食九里香Bergerakoenigii的柑橘木虱蜜露與取食甜橙的柑橘木虱蜜露相比，甘露糖、半乳糖、纖維醇、甘露醇和脯氨酸等含量顯著升高，而果糖、手性肌醇、肌醇、海藻糖和乳酸含量下降(Hijazetal., 2016)。

3.2 化學(xué)殺蟲劑

由于柑橘木虱傳播黃龍病的危害嚴(yán)重性，目前化學(xué)防治仍是田間最為直接有效的防治方法。研究表明新煙堿類、有機(jī)磷類、吡啶雜環(huán)類、擬除蟲菊酯類、雙酰胺類、氨基甲酸酯類、殺螨劑及多種生物源農(nóng)藥均對柑橘木虱具有毒殺活性，但對其蜜露排泄行為的影響研究則較少(鄧明學(xué)等, 2010, 2012; 宋曉兵等, 2015; 黃洪等, 2017; Kishketal., 2017; Yu and Killiny, 2018)。新煙堿類殺蟲劑吡蟲啉因其強(qiáng)內(nèi)吸性的特點(diǎn)對許多以植物汁液為食的半翅目害蟲具有很高的活性，其主要通過選擇性結(jié)合昆蟲煙堿型乙酰膽堿受體(nAChRs)導(dǎo)致昆蟲過度興奮和不可逆的毒性癥狀(Tailleboisetal., 2018)。亞致死濃度下吡蟲啉能夠顯著降低成蟲壽命、繁殖能力及生育能力，同時(shí)對若蟲的存活率及生長發(fā)育過程均有不利影響。采用吡蟲啉處理的柑橘葉片飼喂柑橘木虱成蟲，其蜜露排泄量與對照組相比顯著降低；10或100 μg/mL藥劑濃度下柑橘木虱蜜露排泄量降低超過90%以上(Boinaetal., 2009)。新一代丁烯內(nèi)酯類殺蟲劑氟吡呋喃酮(flupyradifurone)作用靶標(biāo)同樣也是煙堿型乙酰膽堿受體，研究發(fā)現(xiàn)其對柑橘木虱具有顯著的拒食效果，且呈現(xiàn)濃度依賴關(guān)系。與對照相比，0.001, 0.02, 0.39, 8.25和130.13 ng/mL氟吡呋喃酮溶液處理柑橘木虱后其蜜露排泄量顯著減少，其中最大濃度處理下柑橘木虱蜜露排泄量下降90%(Chenetal., 2017)。新丙烯類(pyropenes)化合物雙丙環(huán)蟲酯(afidopyropen)是一種生物發(fā)酵類殺蟲劑，能夠快速抑制刺吸式口器昆蟲的取食(Gerwick and Sparks, 2014)。采用不同濃度的雙丙環(huán)蟲酯藥劑處理柑橘木虱48 h發(fā)現(xiàn)其蜜露滴數(shù)顯著減少且呈現(xiàn)濃度依賴關(guān)系(Chenetal., 2018)。根據(jù)以上研究結(jié)果推測化學(xué)殺蟲劑影響柑橘木虱蜜露排泄主要與殺蟲劑的拒食作用有關(guān)。

3.3 病原微生物

研究表明微生物同樣能夠調(diào)控柑橘木虱蜜露排泄行為，例如昆蟲病原真菌及黃龍病菌。真菌病原體在侵染寄主昆蟲時(shí)需要時(shí)間萌發(fā)，穿透和感染寄主。而寄主昆蟲在死亡之前通常會繼續(xù)進(jìn)食(Laceyetal., 2011)。病原真菌Isariafumosorosea兩種不同的孢子(芽生孢子和分生孢子)對柑橘木虱均具有很強(qiáng)的致病能力，7 d死亡率均達(dá)到100%。研究發(fā)現(xiàn)芽生孢子和分生孢子處理柑橘木虱成蟲后其排泄的蜜露顯著低于對照組，推測I.fumosorosea在侵染過程中影響了柑橘木虱的取食和蜜露排泄行為(Averyetal., 2011)。黃龍病菌侵染寄主植物后改變寄主植物韌皮部汁液的組成，進(jìn)而影響柑橘木虱蜜露組成；其對柑橘木虱蜜露排泄的影響主要體現(xiàn)在蜜露組成成分的變化，而在排泄總量方面則差異不顯著。與取食健康甜橙的柑橘木虱成蟲排泄的蜜露相比，取食感染黃龍病菌植株的柑橘木虱成蟲排泄的蜜露成分中葡萄糖、手性肌醇、肌醇、纖維醇、麥芽糖和松二糖等糖類，纈氨酸、丙氨酸、絲氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸等氨基酸及有機(jī)酸成分顯著下降(Hijazetal., 2016)。任素麗(2016)發(fā)現(xiàn)黃龍病菌侵染砂糖橘同樣會影響柑橘木虱若蟲蜜露組分。取食感染黃龍病菌砂糖橘的若蟲排泄的蜜露中天冬氨酸、谷氨酸及脯氨酸含量高于取食健康砂糖橘的若蟲排泄的蜜露，而蘇氨酸、谷氨酰胺、丙氨酸、纈氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸等含量降低。此外取食感染黃龍病菌砂糖橘的若蟲蜜露中還鑒定出兩種特有的氨基酸，即精氨酸和β-丙氨酸；而取食健康植株的若蟲蜜露中鑒定出特有的羥脯氨酸(任素麗, 2016)。黃龍病菌侵染柑橘木虱會影響其對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，間接影響其排泄的蜜露組分。對攜帶黃龍病菌和健康柑橘木虱若蟲取食九里香排泄的蜜露進(jìn)行組分分析發(fā)現(xiàn)感病的若蟲排泄的蜜露中精氨酸、蛋氨酸及乙醇胺含量降低，而β-氨基丁酸含量升高(任素麗, 2016)。

3.4 天敵化合物

瓢蟲Hippodamiaconvergens幼蟲和成蟲是柑橘木虱的攻擊性捕食者，在其生長發(fā)育過程中需要消耗大量的獵物(Michaud, 2004)。H.convergens在覓食過程中會分泌一些蹤跡化合物，對獵物昆蟲具有指示作用；組分分析發(fā)現(xiàn)這些化合物主要由長碳鏈烯烴和以甲基支鏈和直鏈烴為主的烷烴組成(Hemptinneetal., 2001; Magroetal., 2007; Ferreroetal., 2011)。研究表明，通過H.convergens覓食化合物處理葉片后柑橘木虱的蜜露排泄及產(chǎn)卵量顯著下降，推測其能夠作為柑橘木虱行為調(diào)節(jié)劑用于柑橘木虱防控，具有潛在的實(shí)用性(Seoetal., 2018)。

4 柑橘木虱蜜露排泄的分子機(jī)制及關(guān)鍵基因

盡管不同植物間韌皮部汁液的濃度與滲透壓不同，但韌皮部汁液的滲透壓始終高于取食韌皮部汁液的昆蟲(Douglas, 2006)。為防止因滲透壓差異引起的水分流失，取食韌皮部汁液的昆蟲形成了成熟的滲透調(diào)節(jié)機(jī)制(圖1)。蚜蟲通過3種機(jī)制調(diào)節(jié)體內(nèi)滲透壓: (1)蔗糖糖苷鍵的水解；(2)蔗糖轉(zhuǎn)糖苷作用成為寡糖；(3)通過水、取食的木質(zhì)部汁液或后腸轉(zhuǎn)移的水進(jìn)行稀釋(Pomponetal., 2011)。分子機(jī)制研究表明α-葡萄糖苷水解酶(α-glucoside hydrolases)在昆蟲滲透調(diào)節(jié)和碳源提供等過程中具有重要作用(Karasov and Douglas, 2013)。α-葡萄糖苷水解酶將中腸腸腔中的蔗糖水解成果糖和葡萄糖，這些己糖通過中腸腸壁的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)移至細(xì)胞內(nèi)被吸收，或磷酸化后用于中間代謝(Kikutaetal., 2012)。此外，葡萄糖在脂肪體中快速轉(zhuǎn)化成海藻糖，作為糖原儲備存儲在脂肪體中，為飛行或其他代謝過程提供能量(Price and Gatehouse, 2014)。而中腸腸腔中過量的蔗糖和葡萄糖分子聚合成寡糖以蜜露的形式排出體外，以降低或消除體內(nèi)高滲透壓(Kikutaetal., 2012)。研究發(fā)現(xiàn)部分取食植物韌皮部汁液的半翅目昆蟲中編碼α-葡萄糖苷水解酶、水通道蛋白(aquaporins, AQPs)及糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(sugar transporters, STs)的3類滲透調(diào)節(jié)基因參與調(diào)控昆蟲腸道中的滲透調(diào)節(jié)(Tzinetal., 2015)。例如，在豌豆蚜Acyrthosiphonpisum中蔗糖酶1(sucrase 1, SUC1)基因?qū)儆讦?葡萄糖苷水解酶家族基因，其編碼的蔗糖酶-轉(zhuǎn)葡糖苷酶在中腸遠(yuǎn)端將過量的蔗糖轉(zhuǎn)化為長鏈寡糖；水通道蛋白1(aquaporin 1, AQP1)促進(jìn)水從遠(yuǎn)端腸道到近端中腸的滲透運(yùn)動以及維持腸腔和血淋巴之間滲透壓的平衡(Jingetal., 2016)；糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白參與腸腔中單糖的轉(zhuǎn)運(yùn)(Price and Gatehouse, 2014; Priceetal., 2010)。

4.1 α-葡萄糖苷水解酶

研究表明半翅目植食性昆蟲α-葡萄糖苷水解酶在其調(diào)節(jié)自身滲透壓過程中具有重要作用。昆蟲通過腸道中α-葡萄糖苷水解酶將過量攝入的蔗糖轉(zhuǎn)化為長鏈寡糖并以蜜露的形式排出體外，保障體內(nèi)滲透壓的平衡(Douglas, 2006)。SUC1基因?qū)儆讦?葡萄糖苷水解酶家族13(α-glucoside hydrolase family 13, GH13)基因，其編碼的蔗糖酶-轉(zhuǎn)葡糖苷酶具有滲透調(diào)節(jié)功能；目前在豌豆蚜A.pisum、桃蚜Myzuspersicae、柑橘粉蚧Planococcuscitri、馬鈴薯/番茄木虱Bactericeracockerelli及煙粉虱BemisiatabaciMEAM1隱種等半翅目昆蟲中均已鑒定出與滲透調(diào)節(jié)相關(guān)的糖苷水解酶家族13基因(Jingetal., 2016)。Santos-Ortega和Killiny(2018)通過柑橘木虱基因組比對鑒定出蔗糖水解酶(sucrose hydrolase)基因同系物DcSuh，序列比對表明其屬于GH13家族基因。蛋白序列分析發(fā)現(xiàn)DcSuh具有由288個(gè)氨基酸組成的α-淀粉酶結(jié)構(gòu)域，能夠催化水解兩種或多種碳水化合物之間或碳水化合物與非碳水化合物之間的糖苷鍵。采用RNAi技術(shù)對DcSuh進(jìn)行功能驗(yàn)證，研究發(fā)現(xiàn)抑制柑橘木虱DcSuh表達(dá)導(dǎo)致蔗糖水解酶活性降低，成蟲壽命縮短；若蟲減少或停止蜜露排泄，部分若蟲經(jīng)RNAi處理后羽化的成蟲腹部出現(xiàn)明顯的腫脹；GC-MS檢測證實(shí)經(jīng)RNAi處理的若蟲存在蔗糖的積累，而葡萄糖、果糖及海藻糖含量顯著降低(Santos-Ortega and Killiny, 2018)。以上研究表明，糖苷水解酶DcSuh具有調(diào)控柑橘木虱蜜露排泄行為及其組分的功能，RNAi抑制DcSuh表達(dá)導(dǎo)致柑橘木虱蜜露排泄功能失調(diào)，進(jìn)而導(dǎo)致其蜜露排泄減少或停止排泄。

4.2 水通道蛋白

水通道蛋白是一類膜蛋白，主要功能是促進(jìn)水和各種低分子量溶質(zhì)(包括甘油、尿素、硼酸、果糖、二氧化碳及過氧化氫等)的被動運(yùn)輸(Faghirietal., 2010; Pengetal., 2018)。水通道蛋白參與多種生理過程，包括確保昆蟲能夠處理大量的液體食物以及克服極端環(huán)境，如溫度，含糖量高的食物引起的滲透壓等(Van Ekertetal., 2016)。AQPs包含6個(gè)高度疏水的跨膜α-螺旋，蛋白的氨基和羧基末端均位于細(xì)胞膜表面(Xiaetal., 2017)。系統(tǒng)發(fā)育分析表明昆蟲AQPs主要包含6個(gè)亞家族，分別為Drip, Prip, Bib, Eglps, Glps和AQP12L(Luetal., 2018)。其中Drips, Prips和Eglps被證實(shí)參與調(diào)節(jié)昆蟲體內(nèi)水透性(Yaoetal., 2018)。AQP1基因?qū)儆贒RIPs家族基因，被認(rèn)為是一類參與調(diào)節(jié)半翅目植食性昆蟲體內(nèi)滲透壓的關(guān)鍵基因。例如豌豆蚜A.pisum通過ApAQP1基因編碼的蛋白將食物中的水分轉(zhuǎn)移至消化道上皮細(xì)胞，參與中腸的滲透調(diào)節(jié)(Shakesbyetal., 2009)。目前在其他半翅目昆蟲如煙粉虱B.tabaciMEAM1隱種、馬鈴薯/番茄木虱B.cockerelli及西部牧草盲蝽Lygushesperus等均鑒定了具有腸道滲透壓調(diào)節(jié)功能的水特異性水通道蛋白基因(Mathewetal., 2011; Fabricketal., 2014; Ibanezetal., 2014)。其中在馬鈴薯/番茄木虱B.cockerelli轉(zhuǎn)錄組中沒有鑒定出AQP1基因，推測該木虱中PRIP類水通道蛋白可能具有參與中腸滲透調(diào)節(jié)的作用(Jingetal., 2016)。本實(shí)驗(yàn)室對柑橘木虱已知的水通道蛋白基因序列進(jìn)行分析，結(jié)果表明2個(gè)水通道蛋白基因(NCBI GenBank登錄號分別為XM_008486010.3和XM_026822144.1)分別與其他半翅目昆蟲水通道蛋白DRIP和PRIP基因具有很高的同源性，進(jìn)一步文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)目前柑橘木虱中尚未研究報(bào)道其功能。具體柑橘木虱水通道蛋白DRIP和PRIP是否參與其滲透調(diào)節(jié)及蜜露排泄需要進(jìn)一步地深入研究。

圖1 取食韌皮部昆蟲蜜露排泄及滲透調(diào)節(jié)可能的分子機(jī)制(改自Tzin et al., 2015)Fig. 1 Hypothetical molecular mechanisms of honeydew excretion and osmoregulatory in phloem feeding insects (adapted from Tzin et al., 2015)SUC: 蔗糖酶, 負(fù)責(zé)將蔗糖轉(zhuǎn)化為長鏈寡糖Sucrase, responsible for converting sucrose into long-chain oligosaccharides. AQP: 水通道蛋白, 促進(jìn)水分子運(yùn)輸，維持昆蟲體內(nèi)滲透壓 Aquaporins, promoting the transport of intestinal water molecules and maintaining osmotic pressure in insects. ST: 糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白, 將單糖跨腸壁細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)至血淋巴Sugar transporters, transporting monosaccharides across the gut epithelium to hemolymph.

4.3 糖基轉(zhuǎn)移酶

在多細(xì)胞生物體中糖扮演著重要的角色，不僅為有機(jī)體提供能量以及碳骨架，同時(shí)參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和滲透調(diào)節(jié)等過程(Douglas, 2003)。韌皮部汁液高滲透壓與其高蔗糖含量有關(guān)。蔗糖作為二糖并不能直接穿過細(xì)胞膜而被細(xì)胞吸收利用，其被水解成葡糖糖和果糖后由糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)轉(zhuǎn)運(yùn)至昆蟲血淋巴循環(huán)(Geetal., 2015)。糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白屬于MSF超家族(major facilitator superfamily)，至少包含24個(gè)家族，且所有的家族蛋白均含有一個(gè)保守的12跨膜結(jié)構(gòu)域(Yan, 2015)。研究表明糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在以植物韌皮部汁液為食的昆蟲滲透調(diào)節(jié)過程中具有重要作用。首先昆蟲攝入的蔗糖不能直接被腸道上皮細(xì)胞吸收，而是通過α-葡萄糖苷水解酶水解成葡萄糖和果糖后由糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)上皮細(xì)胞進(jìn)行單糖的吸收；糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白同時(shí)參與大多數(shù)昆蟲血液或血淋巴中海藻糖的循環(huán)運(yùn)輸(Ashfordetal., 2000; Cristofolettietal., 2003; Kikawadaetal., 2007; Priceetal., 2007a)。而在滲透調(diào)節(jié)過程中，糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白將單糖(主要是葡萄糖)從腸腔轉(zhuǎn)運(yùn)至腸壁細(xì)胞以降低腸腔的高滲透壓(Priceetal., 2007b; Kikutaetal., 2015; Tzinetal., 2015)。此外糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可能還參與昆蟲與病毒之間的互作(Govindarajetal., 2016)。目前在豌豆蚜A.pisum, 褐飛虱Nilaparvatalugens及煙粉虱B.tabaci中已鑒定得到不同數(shù)量的糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，功能分析發(fā)現(xiàn)部分家族蛋白分別屬于葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和果糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(Priceetal., 2007b, 2010; Kikutaetal., 2010, 2015; Price and Gatehouse, 2014; Yangetal., 2017)。Yang等(2017)研究發(fā)現(xiàn)柑橘木虱中具有94個(gè)糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，但各個(gè)糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是否參與柑橘木虱滲透調(diào)節(jié)及蜜露排泄，是否參與黃龍病菌在柑橘木虱中的侵染過程仍需進(jìn)一步研究。

5 小結(jié)與展望

蜜露排泄是柑橘木虱等以植物韌皮部汁液為食的半翅目昆蟲為降低自身體內(nèi)高滲透壓而發(fā)生的行為，且在豌豆蚜、褐飛虱、煙粉虱等昆蟲中均得到較為深入的研究。作為柑橘黃龍病的主要傳播媒介，柑橘木虱越來越受到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的廣泛重視。盡管目前柑橘木虱蜜露排泄行為在某些方面已得到研究，例如雌雄成蟲及若蟲具體的蜜露排泄過程以及影響木虱排泄蜜露的因素等，但行為的分子機(jī)制研究方面比較欠缺。在豌豆蚜等昆蟲中已證實(shí)α-葡萄糖苷水解酶、水通道蛋白及糖基轉(zhuǎn)移酶基因等滲透調(diào)節(jié)基因參與蜜露排泄行為。而隨著柑橘木虱基因組數(shù)據(jù)的逐步完善(目前柑橘木虱主要參考基因組為美國農(nóng)業(yè)部組裝的Official Gene Set v2.0, https:∥citrusgreening.org/organism/Diaphorina_citri/genome)以及高通量測序技術(shù)的不斷發(fā)展，這部分基因也已經(jīng)陸續(xù)在柑橘木虱中得到鑒定，但目前只有α-葡萄糖苷水解酶基因的具體功能得到解析(Santos-Ortega and Killiny, 2018)，而水通道蛋白及糖基轉(zhuǎn)移酶兩個(gè)家族基因中具體是哪些關(guān)鍵蛋白在蜜露排泄過程中行使重要功能還不得而知。因此，對柑橘木虱水通道蛋白及糖基轉(zhuǎn)移酶進(jìn)行功能鑒定將有利于進(jìn)一步全面解析柑橘木虱蜜露排泄的分子機(jī)制。

作為柑橘黃龍病的主要傳播媒介，柑橘木虱吸取植物汁液的同時(shí)黃龍病菌也隨著食物進(jìn)入其消化道等組織。由于黃龍病菌能夠在柑橘木虱體內(nèi)進(jìn)行繁殖，所有木虱一旦獲得病菌后便終身傳病，對柑橘產(chǎn)業(yè)帶來嚴(yán)重的危害(江宏燕等, 2018)。在柑橘木虱取食過程中植物韌皮部汁液滲透壓常高于其體內(nèi)的滲透壓，其自身進(jìn)化出的滲透調(diào)節(jié)機(jī)制保障取食及病菌侵入過程的順利進(jìn)行。因此本文中提到的3類滲透調(diào)節(jié)基因與黃龍病菌入侵柑橘木虱的機(jī)制之間可能存在一些調(diào)控關(guān)系，具體這些基因在黃龍病菌侵染過程中的功能需要進(jìn)一步的研究。此外研究發(fā)現(xiàn)RNAi干擾α-葡萄糖苷水解酶基因?qū)е赂涕倌臼共磕[脹，且出現(xiàn)致死效應(yīng)(Santos-Ortega and Killiny, 2018)。而其他兩類基因在滲透調(diào)節(jié)及蜜露排泄過程中的作用也已在其他昆蟲中得到證實(shí)。進(jìn)一步深入探究柑橘木虱滲透調(diào)節(jié)基因信息及其在蜜露排泄等生理行為中的功能，實(shí)踐上可利用上述關(guān)鍵基因作為制備新型農(nóng)藥的作用靶標(biāo)，通過分子生物學(xué)技術(shù)手段調(diào)控柑橘木虱基因表達(dá)水平進(jìn)而調(diào)控其排泄蜜露行為，如加速柑橘木虱蜜露排泄使其生長發(fā)育受到抑制；或減緩蜜露排泄導(dǎo)致其體內(nèi)滲透壓升高而影響其取食行為或致死，可為防治柑橘木虱提供新的防治方法與思路。