韦玉珊 李烈馨 李彩朝 马会会 汤翠

摘 要 寄生物通过操控寄主一系列行为变化来促进自己的传播和扩散。为明确昆虫病毒调控其寄主行为的策略和机制，总结了杆状病毒诱导鳞翅目行为和其他寄生物诱导寄主行为的研究进展，分析了egt基因、ptp基因和光照在杆状病毒诱导鳞翅目上爬行为中的作用及杆状病毒诱导舞毒蛾上爬行为机制，探讨杆状病毒诱导鳞翅目幼虫上爬行为致病机制。

关键词 杆状病毒；行为调控；树顶病；egt基因；ptp基因

中图分类号：S476+.13 文献标志码：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.13.002

寄生物通过操控寄主一系列行为变化来促进自己的传播和扩散。能操控寄主行为的种类很多，常见的寄生物种类范围广，小到病毒，大到大型蠕虫，包括病原真菌、细菌、线虫和寄生蜂等，被感染的昆虫会出现体温上升、取食、繁殖、聚集、防御、趋光和趋地性等有益于寄生物传播与扩散的行为[1-2]。通过改变寄主昆虫运动速度、运动方向（包括水平或垂直，通过趋光性或趋向性）等增加其传播范围[3-4]。

1  寄生物诱导寄主行为研究进展

1.1  杆状病毒诱导鳞翅目行为研究

杆状病毒感染鳞翅目幼虫后会出现活动能力增强的现象，感染后的幼虫在死亡前迁移至植物的顶部并液化，以此增加病毒颗粒的释放，增大病毒的传播范围[5]。1943年舞毒蛾的上爬行为被证明是杆状病毒所致；1981年舞毒蛾幼虫的上爬行为首次被发现，感染的舞毒蛾幼虫在死亡前迁移至树梢，最后倒挂死亡。感染的舞毒蛾幼虫在死亡前迁移至树梢，最后倒挂死亡，称为树顶病或树梢病，后期比较统一的叫树顶病[6-8]。在首次量化杆状病毒在鳞翅目系统中幼虫行为，发现感染甘蓝型夜蛾核多角体病毒的甘蓝夜蛾幼虫会爬到植物的顶部和边缘，使更多的植物表面污染，增加病毒的传播[5]。Rebolledo等在辣椒植株上分别放入感染杆状病毒和未感染的甜菜夜蛾尸体，发现感染的尸体更容易被发现，得出杆状病毒有改善病毒颗粒在植物叶片上的传播和诱导的攀爬行为增加的结论[9]，这是该致命病原体传播的最有效机制。在舞毒蛾核多角体病毒（LdMNPV）诱导舞毒蛾上爬行为中，在感毒后第3 d出现活动能力增强，而“树顶病”主要发生在感毒后第6 d[10]，两种行为是否具有连续性未被证明。

1.2  其他寄生物诱导寄主行为研究

黄蜂通过影响美洲蟑螂的中枢神经系统，使其出现运动机能衰退的状态，以满足寄生后代的营养需求[11]。研究发现，蟑螂体内的多巴胺受体因为受寄生蜂毒液的影响，调控多巴胺信号的传导，从而引起行为的不适[12]。线虫寄生蟋蟀后，操控其寻找水并以看似自杀的方式跳入水中，为完成线虫的生命周期需求[13-14]。郑寿斌等研究不同浓度的东方蜜蜂微孢子虫对中华蜜蜂行为影响时发现，感染微孢子虫的中华蜜蜂对蔗糖溶液更加敏感[15]。寄生真菌感染蚂蚁会出现称之为“僵尸蚂蚁”的现象，通过释放化学物质改变和控制寄主行为，使其成为傀儡直至死亡[16]。被蝇虫霉感染的果蝇同样出现远离地面迁移到在植被上部，伸长喙固定位置并同时展开双翅，以有益于真菌孢子扩散的形态死亡[17]。萤拟虫疫霉感染的花萤中也出现相似现象[18]。

2  杆状病毒诱导鳞翅目幼虫上爬行为致病机制

杆状病毒诱导鳞翅目幼虫的行为变化报道比较常见，但是其中致病机制研究相对较少，主要集中在杆状病毒egt、ptp基因和外界光照对幼虫行为的影响上[19-21]。

2.1  egt在杆状病毒诱导鳞翅目上爬行为中的作用

egt是杆状病毒体内的一种酶，通过转移蜕皮激素化学结构中糖分子而使激素失活，从而影响染毒昆虫的正常发育[22]。蜕皮激素失活后，染毒幼虫不能进入下一个龄期，延长昆虫感染病毒后的取食时间，增加寄主体重，产生更高产量的病毒粒子[23]。Hoover研究发现，感染的野生型（WT）LdMNPV的幼虫在较高的位置倒挂死亡，而幼虫感染被敲除（Δegt）基因的LdMNPV后死亡位置降低[19]。Alho等人通过对完整基因组序列的分析表明，除了一些颗粒状病毒外，几乎在所有鳞翅目杆状病毒中都发现了egt基因[24]。

egt基因是杆状病毒的拓展表型基因仍存在争议，Ros等研究发现egt在诱导鳞翅目幼虫的树梢病中没有高度保守作用，通过用苜蓿银纹夜蛾多核型多角体病毒感染寄主，发现感染该病毒的寄主出现上爬现象，但其在感染敲除egt基因的病毒感染中未出现死亡位置降低的现象[25]。因此，egt是“扩展表型的基因”的结论不适用于所有杆状病毒与宿主的相互作用。并推测在某些杆状病毒宿主系统中，egt对蜕皮相关上爬行为的间接影响可观察到egt对树顶病的影响[1]。在研究家蚕核型多角体病毒的egt基因对家蚕行为调控影响中，构建诱变体并通过精子介导将基因转移到蚕卵中，发现egt通过影响家蚕的蜕皮来影响蚕的发育[26]。感染甜菜夜蛾核多角体病毒的幼虫同样出现上爬现象，并得出egt通过延长寄主的死亡时间间接促进了上爬行为[3，27]。Zhang等研究发现miR-8和miR-429通过下调BrZ2的表达参与20E和JH调控棉铃虫核多角体病毒诱导的棉铃虫的上爬行为[28]。

2.2  ptp在杆状病毒诱导鳞翅目上爬行为中的作用

蛋白酪氨酸磷酸酶（PTP）是细胞信号转导的重要酶，如在MAP激酶通路中[29]，是细胞周期调控的关键元件，在控制細胞生长、繁殖、分化、转化及免疫等多个方面有着重要作用，被认为是信号转导通路中的重要组成部分[20，24]。2005年Kamita等研究证明家蚕核多角体病毒（BmNPV）的蛋白酪氨酸磷酸酶（PTP）的编码基因ptp，是引起感染幼虫过度活跃的基因[30]。Van Houte等通过基因敲除构建诱变体，在感染苜蓿银纹夜蛾多核型多角体病毒的三龄夜蛾幼虫中也观察到过度活跃现象，且需要PTP磷酸酶活性，说明AcMNPV的ptp基因在该系统的过度活跃诱导中起关键作用[3]。Katsuma等通过显示ptp基因的PTP产物与杆状病毒ORF1629作为病毒体结构蛋白缔合，意外发现过度活跃不需要PTP相关的磷酸酶活性，并取得杆状病毒使用宿主来源的磷酸酶为活跃运动建立足够的感染，作为病毒体相关的结构蛋白而不是酶的结论[31]。为证明PTP蛋白如何诱导过度活跃，通过表征了两个新的BmNPV突变体，表达无酶活性的PTP蛋白，证实在感染BmNPV的家蚕幼虫中活跃运动诱导不需要PTP的磷酸酶活性，而主要与PTP蛋白结构的完整性有关。进一步研究发现，PTP是一种与BV囊膜相关的蛋白，主要位于BV囊膜上，ptp的缺失导致BV的结构出现异常，而这种异常的BV能够减弱病毒的感染和复制能力[32-33]。在前人的研究中，得出杆状病毒是第一种被鉴定为具有“拓展表型基因”的说法[3]。荷兰瓦赫宁根大学学者通过田间试验首次报道棉铃虫感染HaSNPV后上爬行为，并发现插入蝎毒基因重组HaSNPV感染棉铃虫幼虫与感染野生型病毒幼虫相比，其死亡高度明显降低[1，34]。

2.3  光照在杆状病毒诱导鳞翅目幼虫上爬行为中的作用

光照在杆状病毒诱导的鳞翅目幼虫的上爬行为中起着重要的作用[21]。Yue等人研究发现，SeMNPV感染三龄甜菜夜蛾幼虫后43～50 h，需要从上方发出光来诱发树顶病，在此期间上方未暴露光线的受感染幼虫最终在低位死亡，说明树顶病需要在特点时间内给予光照进行诱发[27]。舞毒蛾3龄幼虫感染LdMNPV后3 d，会出现活动增强，并持续到第6 d[21]。同时发现不同波长的光照处理感染LdMNPV的舞毒蛾幼虫后，感染病毒的幼虫只对从顶部照射的光有反应，其中对蓝光的反应最为强烈，波长缩短至短波紫外光（UVB）时，没有任何诱导行为，说明蓝光可能是诱导树顶病的主要光源[10]。

2.4  桿状病毒诱导舞毒蛾上爬行为机制

舞毒蛾隶属于鳞翅目毒蛾科毒蛾属，其具有分布广、食性杂等特点，可取食500多种寄主植物，特别是杨树、橡树和桦树等。舞毒蛾幼虫以取食叶片为主[35]，幼虫数量大时，树叶很快会被吃光，2～3年内树木就会死亡，是一种世界性森林食叶害虫[36-37]。舞毒蛾感染舞毒蛾核多角体病毒后会出现上爬现象，其具体的侵染过程在Wang和Hu综述中有讲述，但其具体的上爬机制还在进一步研究中[38]。在实验室团队的研究中发现，酪氨酸代谢通路、多巴胺通路和PI3K/AKT信号通路在病毒操控宿主行为变化方面可能发挥作用，这些研究发现为最终完全阐明“树顶病”的形成提供了重要的科学依据[39-41]。

3  展望

神经系统是重要的调节系统，调节神经回路，赋予动物在复杂多变的世界中生存所需的行为灵动性，为寄生物提供操控宿主行为的潜在机制[11，16，42]。Bhattarai等人通过转录组分析，发现所有在神经活性配体-受体相互作用中的差异表达基因主要有丝氨酸蛋白酶，这一发现为研究杆状病毒诱导鳞翅目幼虫行为调控提供新线索[21]。研究表明，寄生蜂通过诱导寄主增加其血淋巴中章鱼胺浓度来抑制宿主取食，也有通过影响宿主的5-羟色胺来改变宿主行为[11，42]；Fredericksen等在研究真菌调控蚂蚁行为时发现，真菌细胞侵入宿主的肌肉纤维，并以之结合形成环绕肌肉的网络，促进宿主的操纵[43]；线虫寄生蟋蟀后，在其体内产生相似的寄主蛋白，使得体内相关蛋白的过量表达，直接影响中枢神经系统的发育，蟋蟀对环境的分析受到干扰，出现以自杀的方式跳入水中[14]。以上结果均表明，神经调节在昆虫行为中有着重要的作用。杆状病毒与非病毒性寄生虫相比，具有基因组较小的特点，可借助现有的产生突变体的技术，作为揭示寄生改变宿主行为分子机制的极好工具，为更好的行为调控研究提供理论依据。

参考文献：

[1] 张松斗.核型多角体病毒诱导棉铃虫幼虫上爬行为的分子机制研究[D].北京：中国农业大学，2017.

[2] 石旺鹏，李傲梅，邢永杰，等.昆虫病原微生物对其寄主行为的调控作用研究进展[J].微生物学报，2018，58（6）：1049-1063.

[3]  HOUTE S V， ROS VERA I D， MASTENBROEK T G， et al. Protein tyrosine phosphatase-induced hyperactivity is a conserved strategy of a subset of baculoviruses to manipulate lepidopteran host behavior[J]. PLoS One， 2012， 7（10）： e46933.

[4]  GASQUE S N， MONIQUE M V O， ROS VERA I D. Where the baculoviruses lead， the caterpillars follow：baculovirus-induced alterations in caterpillar behaviour[J]. Current Opinion in Insect Science， 2019， 33（2）：30-36.

[5]  GOULSON D. Wipfelkrankheit： Modification of host behaviour during baculoviral infection[J]. Oecologia， 1997， 109（2）： 219-228.

[6]  BERGOLD G H. Uber polyeder krankheiten bei insecten[J]. Biologische Zeintralblatt，1943，63：1-55.

[7]  MSMIRNOFF W A. Observations on the effect of virus infection on insect behavior[J]. Invertebrate Pathology， 1965， 7（3）： 387-388.

[8] EVANS H F. Ecology and epizootiology of baculoviruses[J]. USA： CRC Press，1986.

[9]  REBOLLEDO D， LASA R， GUEVARA R， et al. Baculovirus-induced climbing behavior favors intraspecific necrophagy and efficient disease transmission in spodoptera exigua[J]. PLos One， 2015，10（9）： e0136742.

[10] BHATTARAI M K， BHATTARAI U R， FENG J N， et al. Effect of different light spectrum in helicoverpa armigera larvae during hearNPV induced tree-top disease[J]. Insects， 2018， 9（4）：183.

[11] ARVIDSON R， KAISER M， LEE S S， et al. Parasitoid jewel wasp mounts multipronged neurochemical attack to hijack a host brain[J]. Molecular & cellular proteomics： MCP， 2019，18（1）：99-114.

[12] NORDIO S， KAISER M， ADAMS M E， et al. Parasitoid wasp venom manipulates host innate behavior via subtype-specific dopamine receptor activation[J]. The Journal of Experimental Biology，2022，225（6）： jeb243674.

[13] THOMAS F， SCHMIDT-RHAESA A， MARTIN G， et al. Do hairworms （Nematomorpha） manipulate the water seeking behaviour of their terrestrial hosts[J]. Journal of Evolutionary Biology， 2002，15（3）：356-361.

[14] BIRON D G， PONTON F， MARCHÉ L， et al. ‘Suicide’ of crickets harbouring hairworms： a proteomics investigation[J]. Insect Molecular Biology，2006，15（6）：731-742.

[15] 鄭寿斌，和静芳，李志国，等. 东方蜜蜂微孢子虫感染对中华蜜蜂免疫基因表达和血淋巴中糖水平的影响[J]. 应用昆虫学报，2017，54（3）：392-399.

[16] DAVID P H， SANDRA B A， NIGEL L H， et al. Behavioral mechanisms and morphological symptoms of zombie ants dying from fungal infection[J]. BMC Ecololy， 2011，11（1）：13.

[17] ELYA C， LOK T C， SPENCER Q E， et al. Robust manipulation of the behavior of drosophila melanogaster by a fungal pathogen in the laboratory[J]. Cold Spring Harbor Laboratory， 2018，7： e34414.

[18] ZOMBIE I， SOLDIER B， CHAULIOGNATHUS P， et al. Zombie soldier beetles： Epizootics in the goldenrod soldier beetle， Chauliognathus pensylvanicus （Coleoptera： Cantharidae） caused by Eryniopsis lampyridarum （Entomophthoromycotina： Entomophthoraceae）[J]. Journal of Invertebrate Pathology， 2017， 148： 51-59.

[19] HOOVER K， GROVE M， MATTHEW G， et al. A gene for an extended phenotype[J]. Science， 2011， 1209199.

[20] AGOUNI A， TUAL-CHALOT S， CHALOPIN M， et al. Hepatic protein tyrosine phosphatase 1B （PTP1B） deficiency protects against obesity-induced endothelial dysfunction[J]. Biochemical Pharmacology， 2014， 92（4）： 607-617.

[21] BHATTARAI U R， LI F， KATUWAL B M， et al. Phototransduction and circadian entrainment are the key pathways in the signaling mechanism for the baculovirus induced tree-top disease in the lepidopteran larvae[J]. Scientific Reports， 2018， 8（1）：17528.

[22] O’REILLY D R， MILLER L K. A baculovirus blocks insect molting by producing ecdysteriod UDP-glucosyl transferase[J]. Science， 1989， 245（4922）：1110.

[23] GEORGIEVSKA L， HOOVER K， WOPKE V D W， et al. Dose dependency of time to death in single and mixed infections with a wildtype and egt deletion strain of Helicoverpa armigera nucleopolyhedrovirus[J]. Journal of Invertebrate Pathology， 2010，104（1）：44-50.

[24] ALHO I， COSTA L， BICHO M， et al. The role of low-molecular-weight protein tyrosine phosphatase （LMW-PTP ACP1） in oncogenesis[J]. Tumour biology， 2013， 34（4）： 1979-1989.

[25] ROS VERA I D， HOUTE S V， HEMERIK L， et al. Baculovirus-induced tree-top disease： how extended is the role of egt as a gene for the extended phenotype[J]. Molecular ecology， 2015， 24（1）：249-258.

[26] ZHANG X， XUE R， CAO G， et al. Effects of egt gene transfer on the development of Bombyx mori[J]. Gene： An International Journal Focusing on Gene Cloning and Gene Structure and Function， 2012， 491（2）： 272-277.

[27] YUE H， HOUTE S， MONIQUE M V O， et al. Timely trigger of caterpillar zombie behaviour： temporal requirements for light in baculovirus-induced tree-top disease[J]. Parasitology， 2018， 145（6）： 822-827.

[28] ZHANG S D， AN S H， HOOVER K， et al. Host miRNAs are involved in hormonal regulation of HaSNPV-triggered climbing behaviour in Helicoverpa armigera[J]. Molecular Ecology， 2018， 27（2）： 459-475.

[29] MARY A， MARIE B， ELIZABETH L， et al. Glypican-1， phosphacan/receptor protein-tyrosine phosphatase-ζ/β and its ligand， tenascin-C， are expressed by neural stem cells and neural cells derived from embryonic stem cells[J]. ASN Neuro， 2010， 2（3）： e00039.

[30] KAMITA S G， NAGASAKA K， CHUA J W， et al. A baculovirus-encoded protein tyrosine phosphatase gene induces enhanced locomotory activity in a lepidopteran host[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America， 2005， 102（7）： 2584-2589.

[31] KATSUMA S， KOYANO Y， KANG W， et al. The baculovirus uses a captured host phosphatase to induce enhanced locomotory activity in host caterpillars[J]. PLoS Pathogens， 2012， 8（4）： e1002644.

[32] 王國宝.家蚕脑的蛋白质组学分析及杆状病毒诱导家蚕行为变化的分子机制研究[D].杭州：浙江大学，2015.

[33] KIM D J， YOON S J， LEE H， et al. Transcriptome analysis of the brain of the silkworm Bombyx mori infected with Bombyx mori nucleopolyhedrovirus： A new insight into the molecular mechanism of enhanced locomotor activity induced by viral infection[J]. Journal of Invertebrate Pathology， 2015， 128： 37-43.

[34] LILJANA G， ROZEMARIJN S M D V， GAO P J， et al. Transmission of wild-type and recombinant HaSNPV among larvae of Helicoverpa armigera （Lepidoptera： Noctuidae） on cotton[J]. Environmental Entomology， 2010， 39（2）： 459-467.

[35] 王清树，慈维华.舞毒蛾的发生与防治技术[J].现代化农业，2007（7）：44-45.

[36] 钱天荣.舞毒蛾在美国发生危害及美国农业部采取的措施[J].植物检疫，2000（5）：317-318.

[37] CHEN Y Z， ZHANG B W， YANG J， et al. Detoxification， antioxidant， and digestive enzyme activities and gene expression analysis of Lymantria dispar larvae under carvacrol[J]. Journal of Asia-Pacific Entomology， 2021， 24（1）： 208-216.

[38] WANG M L， HU Z H. Cross-talking between baculoviruses and host insects towards a successful infection[J]. Philosophical transactions of the Royal Society of London. Series B， Biological sciences， 2019， 374（1767）： 20180324.

[39] 王亞杰.酪氨酸代谢通路在舞毒蛾感病后爬高行为中的作用研究[D].杨凌：西北农林科技大学， 2020.

[40] 韦玉珊.多巴胺通路在舞毒蛾“树顶病”中的作用研究[D].杨凌：西北农林科技大学， 2020.

[41] 李凤佼. LdMNPV介导舞毒蛾“树顶病”分子途径研究[D].杨凌：西北农林科技大学， 2022.

[42] ADAMO S A. Modulating the modulators： parasites， neuromodulators and host behavioral change[J]. Brain Behavior and Evolution， 2002， 60（6）： 370-377.

[43] FREDERICKSEN M A， ZHANG Y Z， HAZEN M L， et al， Three-dimensional visualization and a deep-learning model reveal complex fungal parasite networks in behaviorally manipulated ants[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America， 2017， 114（47）： 12590-12595.