脂质(包括甘油三酯(TAG)、二酰甘油(DAG)、单酰甘油(MAG)、磷脂和胆固醇酯酶)对昆虫的生存、发育和繁殖至关重要(Arrese和Soulages,2010)。甘油三酯是主要的能量储存形式,而二酰甘油则作为主要的运输介质。磷脂参与细胞膜的构建,胆固醇酯是信息素、激素和角质烃合成的前体(Canavoso等,2001;Horne等,2009)。在大多数全变态昆虫中,幼虫阶段的脂质积累主要支持蛹期的变态过程,并为非取食期的成虫提供飞行和繁殖所需的能量(Horne等,2009)。
动物体内的脂肪酶可以分为中性脂肪酶(PF00151)、酸性脂肪酶(PF04083)、脂肪酶2(PF01674)、脂肪酶3(PF01764)、激素敏感脂肪酶(HSL,PF06350)、含有Gly-Asp-Ser-Leu基序的脂肪酶(GDSL,PF00657)以及脂肪甘油三酯脂肪酶(ATGL,PF01734)等家族(Horne等,2009;Rivera-Perez,2015;Toprak等,2020)。除了GDSL外,所有其他脂肪酶家族的活性位点都含有共有的GXSXG基序。此外,ATGL还包含一个独特的patatin结构域(PF01734)(Saarela等,2008)。已在多种模式昆虫(Horne等,2009b;Miao等,2020;Shen等,2022;Lu等,2023)以及一些膜翅目和半翅目物种(Wang等,2020;Wei等,2022;Lu等,2023)中鉴定出脂肪酶基因家族。研究结果表明,中性脂肪酶和酸性脂肪酶的数量在不同物种间存在显著差异,而脂肪酶3、HSL和GDSL的数量则相对稳定(Horne等,2009;Wang等,2020;Wei等,2022)。
东方粘虫(Mythimna separata(鳞翅目:夜蛾科)以对谷物作物和牧场的破坏性影响而闻名,它是东亚及澳大利亚部分地区的一种季节性长距离迁徙性蛾类(Wang等,2006;B. Li等,2018b)。由于其在晚期幼虫阶段的高食物摄入量和广泛的寄主植物谱系,它依赖多种酶进行消化。幼虫脂肪体中积累的脂质为其强大的飞行能力和广泛的繁殖能力提供了基础(Jiang等,2011)。Fu等人基于M. separata的转录组数据,鉴定出7种在成虫卵巢中高表达的类似脂肪酶3的基因(Fu等,2023)。然而,自四个高质量的M. separata基因组发表以来,尚未进行过全面的脂肪酶基因组研究(Tong等,2022;Xu等,2023;Zhao等,2023;Zhang等,2025)。此外,除了两种模式物种Bombyx mori(Jiang等,2023)和Manduca sexta(Miao等,2023)外,其他鳞翅目物种中的脂肪酶尚未被系统地鉴定出来。
在本研究中,我们使用生物信息学软件对M. separata的基因组中的所有脂肪酶进行了注释,并手动去除了冗余和错误的序列。随后,我们将M. separata的脂肪酶及其氨基酸序列与其他三种蛾类(B. mori、Helicoverpa armigera和Spodoptera frugiperda)进行了比较。选择这三种蛾类进行比较分析,是因为B. mori是经典的鳞翅目模式物种,而H. armigera和S. frugiperda是著名的迁徙性害虫。消化酶的生物合成过程和消化过程通常发生在不同的部位:大多数脂肪酶在消化腺细胞中合成后分泌到昆虫消化道中分解食物中的脂质;而某些缺乏信号肽的脂肪酶则留在细胞内分解细胞内的脂质。因此,我们预测了这些脂肪酶的信号肽,这有助于预测它们的三维结构并进行后续的功能分析。我们分析了脂肪酶的基因结构、保守结构域及其系统发育关系,并研究了M. separata在不同发育阶段以及羽化后三天内的未交配蛾和已交配蛾的性腺中的脂肪酶表达模式。这项研究将有助于我们更好地理解脂肪酶在蛾类发育中的作用。