2023年12月7日，浙江大学农业与生物技术学院陈学新教授团队在进化生物学领域国际顶尖学术期刊Molecular Biology and Evolution在线发表了题为“Parasitoid Serpins Evolve Novel Functions to Manipulate Host Homeostasis”的研究成果，揭示了寄生蜂畸形细胞丝氨酸蛋白酶抑制剂（serine proteinase inhibitors，serpins）基因适应性进化产生新功能来调控寄主免疫与代谢稳态的新机制。
寄生性昆虫，特别是寄生蜂，是自然界农林害虫种群数量有效控制的自然控制因子，在害虫可持续控制中有广泛应用。寄生蜂拥有一些特殊的武器，比如毒液（venom）、多DNA病毒（PDV）等寄生因子来调控害虫的生理过程，以保证其后代在寄主体内或体上完成发育。一些寄生蜂还产生特殊的畸形细胞（teratocyte），是寄生蜂幼虫浆膜层细胞在胚胎发育过程中解离并扩散至寄主体内形成一类特殊的细胞，主要分布于姬蜂总科、广腹细蜂总科和小蜂总科种类。畸形细胞一经产生则不再分化增殖，其表面密布浓微绒毛、内部丰富细胞器结构，具有很强的蛋白合成和分泌能力。作为在寄生后期发挥主要作用的寄生因子，畸形细胞对寄主的免疫、代谢、发育等都有较强的调控作用，但目前其作用的分子机制尚不明确。
菜蛾盘绒茧蜂Cotesia vestalis是小菜蛾幼虫的优势容性内寄生蜂。小菜蛾Plutella xylostella是为害十字花科植物的主要世界性害虫，全世界每年造成的经济损失和引发的防治费用高达40~50亿美元。目前关于小菜蛾的防治仍然以化学农药为主，该害虫对几乎市面在售的化学农药产生了不同程度的抗药性，迫切需要新的环境友好和有效的策略来控制小菜蛾。菜蛾盘绒茧蜂分布广、自然寄生率高，对小菜蛾的生物防治起着重要作用。本团队前期对菜蛾盘绒茧蜂进行了系统研究，发现菜蛾盘绒茧蜂也产生畸形细胞，同时发现了一类丝氨酸蛋白酶抑制剂serpin特异性高表达，因此本团队进一步对这类serpin功能进行了研究，发现（1）菜蛾盘绒茧蜂基因组serpin基因家族存在基因复制事件，且在与靶标识别相关的切割位点（P1-P1’）附近检测到了强烈的正选择信号。其中，10个serpin基因在畸形细胞中特异性高表达（CvT-serpin）。（2）功能验证发现5个CvT-serpin蛋白（CvT-serpin1，6，16，18和21）具有昆虫中保守的抑制血淋巴黑化的功能，2个CvT-serpin蛋白（CvT-serpin3和5）具有抗菌功能。病原微生物侵染寄生后小菜蛾能诱导CvT-serpins上调，加剧对寄主黑化反应抑制作用，同时CvT-serpin3和5的抑菌功能可以显著降低细菌感染后寄主的死亡率，揭示了CvT-serpin通过对黑化反应的抑制和抗菌免疫补偿参与寄主-寄生蜂体系免疫系统重编程；（3）进一步研究发现，2个CvT-serpin蛋白（CvT-serpin8和10）可以通过调控糖脂代谢通路上的关键基因对寄主的海藻糖和甘油三酯代谢进行调控，以利于幼蜂的生长发育，这也是在无脊椎动物中首次报道serpin基因参与糖脂代谢调控。
综上所述，该研究揭示了一种寄生蜂对寄主免疫和营养代谢稳态“精巧绝伦”的操控策略，即在寄生蜂在与寄主长期互作过程中通过基因复制和新功能化产生来调控寄主的免疫和营养稳态，满足其后代的生长发育。本研究为研究寄生蜂适应性进化提供了一个很好的实例（图1）。
图1. 寄生蜂畸形细胞serpin通过适应性进化调控寄主免疫与代谢稳态模式图
近年来，陈学新教授团队在寄生蜂调控害虫机制领域里取得了一系列突破性的研究成果。此项寄生蜂serpin调控寄主免疫及营养代谢稳态的研究，是团队继调控寄主生长发育（Nature Communications, 2018）、寄主免疫（Nature Communications, 2021a）、过寄生（Nature Communications, 2021b）、寄主营养代谢（The ISME Journal, 2022）和寄主产卵行为（Nature Communications, 2022）等工作后，又一重要的发现和突破。
本论文第一作者为浙江大学博士研究生吴志伟，通讯作者为浙江大学王知知副研究员和陈学新教授，黄健华教授、叶熹骞博士、博生研究生袁瑞忠、谷启娟、吴肖彤、顾李成和周悦南等也参加了本研究。该研究得到了岭南现代农业实验室重点项目（NT2021003）、国家自然科学基金（U22A20485、32272607）和浙江省重点研发项目(2021C02045) 等经费的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1093/molbev/msad269