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本研究揭示了宿主通过碳酐酶（CAh）基因主动调控肠道酸碱环境（pH），从而影响共生菌（Bacillus）合成性信息素（TMP/TTMP）的分子机制。通过转录组分析、酶活性实验和RNA干扰技术，证实碱性环境可显著增强Threonine Dehydrogenase（TDH）活性，促进性信息素合成，为昆虫-微生物互作及害虫防治提供了新靶点。
动物与肠道微生物之间的复杂互作在塑造宿主生物学特性中具有关键作用。本研究以东方果实蝇（Bactrocera dorsalis）为模型，揭示了雄性直肠碱性环境（pH 7.3）由宿主碳酐酶基因（CAh1）调控，并通过影响共生菌Bacillus的Threonine Dehydrogenase（TDH）酶活性，促进性信息素（TMP/TTMP）合成的分子机制。
昆虫肠道微生物群在宿主健康、行为及化学通讯中发挥重要作用。早期研究证实，肠道细菌可直接合成或调控昆虫信息素，影响宿主交配行为。东方果实蝇是一种严重危害农业生产的害虫，其雄性特异性性信息素（TMP和TTMP）由直肠共生菌Bacillus利用宿主提供的葡萄糖、氨基酸和铵盐前体合成。然而，宿主如何通过肠道环境调控细菌功能尚不明确。
性信息素（TMP/TTMP）仅在成熟雄性（12日龄）直肠中合成，且合成量在每日20:00达到峰值。直肠pH在成熟雄性中为碱性（pH 7.3），而在年轻雄性中为酸性（pH 5.6–6.4）。相关性分析表明，性信息素水平与直肠pH呈显著正相关（TMP vs pH: R = 0.87, P = 0.002）。尽管不同发育阶段和时间的直肠菌群组成存在差异，但Bacillus绝对丰度与性信息素合成无直接关联，表明pH是调控合成的关键因素。
体外实验显示，Bacillus菌株（B. pumilus, B. altitudinis, B. safensis）在碱性培养基（pH 7.3）中合成更多性信息素，而酸性条件（pH 6.5）显著抑制合成。体内实验中，通过饲喂柠檬酸（CAc）降低直肠pH后，性信息素合成量和交配能力均下降；而饲喂碳酸氢钠（SB）提高pH后，性信息素合成显著增强。
pH变化不影响Bacillus细胞内葡萄糖、氨基酸（苏氨酸/甘氨酸）或铵盐含量，也不影响TDH蛋白表达量。但重组TDH酶在碱性条件下（pH 7.3）催化效率显著高于酸性条件（pH 6.5），证实pH通过调节酶活性直接影响性信息素合成量。
通过直肠转录组比较分析，鉴定出66个在成熟雄性和20:00时间点共同上调的基因。KEGG富集分析显示，氮代谢通路中的5个碳酐酶（CAh）基因与pH调控密切相关。其中CAh1和CAh2在成熟雄性直肠中高表达，且具有组织特异性（主要在直肠表达）。
成熟雄性直肠中CAh酶活性显著高于年轻个体，且20:00时活性最高。饲喂CAh抑制剂（acetazolamide）后，直肠pH由碱性转为酸性，性信息素合成量和交配能力均显著下降。
系统进化分析表明，B. dorsalis的CAh1与其他昆虫CAh序列高度保守。RNA干扰实验显示，仅敲低CAh1基因可显著降低直肠CAh酶活性及pH值，并减少性信息素合成；而敲低其他CAh基因（CAh7, βCAh1, CAh2-1, CAh2）无此效应。
本研究首次提出昆虫宿主通过CAh1基因主动调控肠道pH环境，从而精确调控共生菌性信息素合成功能的模型。在直肠上皮细胞中，CAh1催化CO2生成HCO3−和H+，并通过转运蛋白将HCO3−分泌至肠腔，形成碱性环境。这一机制不仅揭示了宿主-微生物互作的新层面，也为针对肠道环境调控的害虫防治策略提供了理论基础。
研究的局限性包括：pH对TMP/TTMP合成的精确调控机制仍需深入解析；CAh1 RNAi未能完全模拟年轻个体的酸性pH环境，提示其他因子（如细菌CAh、前体物质含量）可能参与调控；缺乏体内过表达系统限制了CAh1功能增益实验的开展。
研究采用GC-MS分析性信息素含量，pH微电极测量直肠酸碱度，16S rRNA测序和qPCR分析菌群组成及Bacillus丰度。通过体外培养Bacillus菌株及重组TDH酶催化实验验证pH对合成的直接影响。转录组测序（Illumina HiSeq2000）筛选差异表达基因，qRT-PCR验证CAh基因表达模式。RNAi通过腹部注射dsRNA敲低目标基因，并检测表型变化。
本研究阐明了一种由宿主CAh1基因介导的肠道pH调控机制，通过影响共生菌Bacillus的酶活性，精确控制性信息素合成。这一发现深化了对昆虫-微生物共生互作的理解，并为开发基于肠道环境调控的害虫控制技术提供了新思路。
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