近日，南京农业大学植物保护学院吴顺凡教授团队在国际知名期刊《Advanced Science》上发表了一项突破性研究成果。该研究以重大农业害虫草地贪夜蛾为模型，首次揭示了一个名为LTNAT的精巢特异性基因在调控鳞翅目昆虫二态精子发育及雄性生育力中的核心机制，这不仅填补了昆虫生殖生物学领域的理论空白，更为研发基于生殖干扰的新型绿色防控技术提供了极具潜力的分子靶标。
在鳞翅目昆虫（包括蛾类和蝶类）的生殖过程中，存在一种独特的“精子二态性”现象：雄性个体同时产生两种形态与功能截然不同的精子。其中，有核精子负责完成受精任务，而无核精子虽不具备受精能力，却扮演着至关重要的“向导”角色，协助有核精子在雌性生殖道内迁移并最终抵达受精囊。尽管这一现象备受关注，但长期以来，学界对于这两种精子如何协同工作及其背后的调控机制知之甚少。
吴顺凡教授团队通过深入分析草地贪夜蛾精巢、附腺及体组织的转录组数据，筛选出一个仅在精巢中特异性高表达的基因（LOC118263478）。经过蛋白结构预测、系统发育分析及酶学测定，研究人员确认该基因编码一种鳞翅目保守的芳烷基胺N-乙酰基转移酶，并将其命名为LTNAT。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除该基因后，研究发现雄性草地贪夜蛾虽然交配行为正常，却完全丧失了生育能力。进一步的细胞学与多组学分析揭示了其致不育的深层机理：LTNAT的缺失导致有核精子尾部的线粒体衍生物膜结构破损、内部结晶物质减少，引发尾部异常肿胀，严重损害了精子的形态完整性；同时，尽管无核精子的外观未受明显影响，但其运动能力显著下降，这与精子运动相关的动力蛋白及鞭毛内运输蛋白家族基因表达下调密切相关。正是由于无核精子无法有效引导，导致有核精子难以在雌性生殖道中正常迁移并抵达受精囊，最终造成雄性完全不育。
为了验证该基因的普遍性，研究团队进一步在二化螟和甜菜夜蛾中敲除了LTNAT的同源基因，结果同样观察到雄性生育力显著下降，证实了LTNAT在鳞翅目昆虫中功能的高度保守性。种群竞争实验显示，大量释放携带LTNAT基因缺陷的雄性个体，能有效抑制实验种群的后代数量。尤为重要的是，LTNAT蛋白仅存在于鳞翅目昆虫中，其序列与其他昆虫类群差异显著，这种高度的特异性使其成为开发精准害虫控制技术的理想靶点，有望在不伤害非靶标生物的前提下实现高效防控。
该项研究由南京农业大学植物保护学院吴顺凡教授担任通讯作者，钟山青年研究员孙浩为第一作者，硕士研究生黄彭羿和张芷若共同参与，并得到了南京农业大学高聪芬教授与美国肯塔基大学Subba Reddy Palli教授的重要指导。该成果不仅拓展了人们对昆虫芳烷基胺N-乙酰基转移酶家族生物学功能的认知，更为理解精子二态性的协同调控机制提供了全新视角，同时也为未来开发基于生殖干扰的新型杀虫剂及害虫遗传控制策略（如精准不育技术）奠定了坚实的理论基础。
