本报讯（记者李晨）山西大学应用生物学研究所教授张建珍和赵小明团队阐明了性别决定因子与保幼激素信号协同调控飞蝗节间膜二型性形成的遗传机制，揭示了飞蝗雌性产卵时腹部极度延伸的分子基础。相关研究成果近日发表于《公共科学图书馆-生物学》。

成熟的雌性蝗虫通常将卵囊产入湿润疏松的土壤，以避免水分流失和天敌捕食。这一过程高度依赖腹部节间膜的特异化发育——该结构使雌虫能将腹部深插入土中5~10厘米深的地方产卵。

昆虫腹部节间膜位于相邻腹节之间，在雌性蝗虫中表现出极强的延展性，而其在雄虫中延展性较弱，展现出典型的性二型性。性二型性现象是生物适应环境的重要策略，包括体形、体色、结构、行为等。在雌性昆虫的众多行为中，产卵行为因其对个体生长、种群动态和繁殖成功的深远影响而备受关注。以往的研究表明，雌虫该性状的发育与保幼激素密切相关，摘除分泌保幼激素的咽侧体会导致腹部节间膜延展性丧失。然而，过去数十年来，人们对雌蝗这种特殊产卵策略精细机制知之甚少。

研究人员首先测定了飞蝗雌雄成虫不同腹节节间膜的延展性，发现第4~6节是其极强延展性的关键部位，并从超微水平揭示了其结构差异。研究发现，外表皮蛋白、表皮脂类和鞣化物质及其相关基因在节间膜相邻表皮中显著富集，而节间膜中几丁质和内表皮蛋白显著富集。这些物质和基因表达差异决定了节间膜具有延展性而不具有屏障作用（仅具有内表皮），而其相邻腹节外表皮能够发生鞣化，显示出显著屏障作用，从而揭示了雌虫高延展性节间膜的结构形成基础。

进一步的分析发现，两个关键结构蛋白基因LmAbd-1和LmAbd-6在雌虫腹部节间膜中特异性表达，且在高延展性节间膜中呈现高表达特征，其对雌虫腹部节间膜形成、延展性能及产卵行为具有决定性调控作用。同样特异性表达于雌性节间膜的保幼激素结合蛋白LmJHBP，通过介导保幼激素信号通路调控LmAbd-1/6表达，进而控制节间膜延展性及产卵行为。这些基因的表达均具有雌性偏好性，即在雄虫腹部节间膜中极低表达或不表达。

该研究首次揭示了性别决定信号与保幼激素通路协同调控昆虫产卵策略依赖的器官发育的分子机制，为理解节肢动物性二态发育与进化提供了新视角。

相关论文信息：https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003321