蝗虫由散居型向群居型转变是导致远距离迁飞和蝗灾暴发的主要原因。蝗虫要实现远距离迁飞，须具备健美（瘦长）的体型和高效的能量代谢活动。

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   最近，动物研究所康乐研究员与大连化物所许国旺研究员合作，利用代谢组技术和基因干涉技术，并结合行为学测定，通过检测两型飞蝗的代谢谱差异和型变过程的代谢谱时相变化，发现脂类代谢途径在两型飞蝗间差异显著，并鉴定了二酰甘油、膜磷脂、肉碱等代谢物在群居型形成过程中起关键作用。干扰肉碱类合成的相关基因（CAT和CPT）和外源注射肉碱类化合物，可以诱导飞蝗两型间的互变。这项系统生物学研究证明了群居型蝗虫瘦长的体型以及迁飞中的能量代谢主要是靠调控脂肪代谢实现的。相关论文于近日在线发表在《美国科学院院报》（PNAS）杂志上（doi: 10.1073/pnas.1119155109）。

   由于群居型和散居型飞蝗的运动模式差异，其血液的代谢谱与人类运动员和肥胖病患者之间的差异有着一定的相似性。因此，研究飞蝗两型转变调控机制，不仅为控制蝗灾提供了理论依据，也为人类代谢疾病的研究提供了很好的动物模型。

   从2000年起，康乐研究组就在国际上率先利用基因组学的手段，来开展飞蝗型变的分子机制研究。他们揭示了500多个参与型变相关差异基因（PNAS 2004）。随后，他们证明了嗅觉感受蛋白基因和多巴胺代谢途径在飞蝗转变的启动和维持过程中起关键作用(PLoS Genetics 2011, PNAS 2011)。上述研究，从基因组和代谢组水平阐明了飞蝗型变的分子机制。研究中发现的这些关键性基因、蛋白和代谢物可以启发人类设计相应药物来控制群居型蝗虫的形成。

   最近，康乐研究组与美国科学家合作，发现放牧活动会降低植物的含氮量，蝗虫取食这样的植物有利于蝗虫种群的生长和发育，从而导致草原蝗灾的形成（Science 2012）。如果未来能证明植物营养状态可通过调控脂肪代谢，从而影响蝗虫群居型的形成，这将是该领域的又一项重要发现。

原文摘要：

Metabolomic analysis reveals that carnitines are key regulatory metabolites in phase transition of the locusts

Phenotypic plasticity occurs prevalently and plays a vital role in adaptive evolution. However, the underlying molecular mechanisms responsible for the expression of alternate phenotypes remain unknown. Here, a density-dependent phase polyphenism of Locusta migratoria was used as the study model to identify key signaling molecules regulating the expression of phenotypic plasticity. Metabolomic analysis, using high-performance liquid chromatography and gas chromatography–mass spectrometry, showed that solitarious and gregarious locusts have distinct metabolic profiles in hemolymph. A total of 319 metabolites, many of which are involved in lipid metabolism, differed significantly in concentration between the phases. In addition, the time course of changes in the metabolic profiles of locust hemolymph that accompany phase transition was analyzed. Carnitine and its acyl derivatives, which are involved in the lipid β-oxidation process, were identified as key differential metabolites that display robust correlation with the time courses of phase transition. RNAi silencing of two key enzymes from the carnitine system, carnitine acetyltransferase and palmitoyltransferase, resulted in a behavioral transition from the gregarious to solitarious phase and the corresponding changes of metabolic profiles. In contrast, the injection of exogenous acetylcarnitine promoted the acquisition of gregarious behavior in solitarious locusts. These results suggest that carnitines mediate locust phase transition possibly through modulating lipid metabolism and influencing the nervous system of the locusts.
 
 

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