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在蛾类昆虫中，雄虫依靠触角上众多的嗅觉感器来探测雌虫释放的性信息素，从而准确定位并和雌虫交配，其中起关键作用的PBP负责将进入感器的性信息素分子运输到感觉神经元树突膜上的信息素受体。团队多年来以甜菜夜蛾等为对象，围绕夜蛾科昆虫PBP基因的进化和功能分化进行了系统研究，发现雄蛾触角中普遍表达3个PBP基因（PBP1-3），且3个基因均为触角特异或高表达，共同参与对雌蛾性信息素的感受。此外，团队还首次发现了夜蛾科第4个PBP基因（PBP4），该基因和PBP1-3在同一条染色体上紧密相邻，但只在雄性生殖系统中表达，生理功能不明。
研究发现，PBP4蛋白在雄蛾附腺中特异表达，并在交配过程中和精液一起以精包的形式转移到雌虫体内，说明PBP4是在雌虫体内发挥功能。然而，利用PBP4敲除品系进行测定发现，PBP4敲除对与之交配后雌虫的产卵量、卵孵化率和再交配率均无显著影响。鉴于甜菜夜蛾雌虫为多次交配型，团队对PBP4在精子竞争中的作用进行探究，进一步发现PBP4敲除降低了精子的竞争力。
PBP4如何影响精子的竞争力？Orco作为共受体参与性信息素等气味物质的感受，同时有文献报道Orco还在多种昆虫的精子膜上表达。团队研究发现，甜菜夜蛾PBP4敲除导致雄虫生殖系统中Orco基因的表达量大幅提高，并且Orco敲除雄虫的精子竞争力同样降低，与PBP4敲除的表型相同。该结果表明，PBP4和Orco在同一个通路中发挥作用，PBP4与Orco的敲除均导致精子运动能力降低，从而减少了转移到受精囊中的精子数量。
鉴于PBP等气味结合蛋白均通过对活性小分子化合物的结合或运输而发挥不同的功能，团队推测PBP4可能也结合特定的内源化合物并从雄性附腺运输至交配囊，然后激活精子表面的ORx/Orco阳离子通道，从而促进精子的运动。体外精子运动实验表明，相比于野生雄虫，PBP4敲除雄虫精液提取物显著降低了精子的运动能力；同时Orco的特异性激动剂VUAA1在不同浓度下均可促进野生及PBP4敲除雄虫精子的运动，但对Orco敲除雄虫的精子没有作用，初步证实了该推测。
综上，该研究发现夜蛾雄性附腺中特异且高表达的PBP4基因为精子竞争所必需，揭示了其通过Orco促进精子从精包向受精囊转移的作用机制。PBP4与其同源基因PBP1-3虽然表达部位不同，但功能均与雄性生殖紧密相关，PBP1-3事关雄蛾定向配偶，PBP4则助力精子靠近卵子。研究成果深化了对昆虫PBP及雄性附腺蛋白进化及功能分化的认识，同时为针对雄性生殖的害虫防治技术的开发提供了新靶点。
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文章链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2510155122
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