近日，西南大学资源昆虫高效养殖与利用全国重点实验室徐汉福教授团队在Cell Press旗下期刊 iScience 在线发表了题为“A muscle-centered hierarchical breakdown underlies flight loss during silkworm domestication”的研究论文。该研究整合单细胞与空间转录组技术，构建了从细胞组成、发育轨迹、空间定位到功能验证及跨物种保守性的多重证据链，在单细胞水平揭示了驯化导致家蚕飞行能力丧失的可能机制。

家蚕（Bombyx mori）起源于中国，是重要的资源昆虫和经典的驯化模式生物。历经五千余年人工选择，家蚕在形成高产丝等优良经济性状的同时，其其成虫的飞行能力也完全丧失。野桑蚕（Bombyx mandarina）保留了完整翅结构与长距离飞行能力，而家蚕翅形虽存，但其飞行功能却已退化。解析这一复杂性状的演化规律，不仅有助于理解驯化对生物性状重塑的基本原理，也为迁飞性鳞翅目害虫的绿色防控提供潜在新靶点。

该研究取得以下三项主要发现：

1. 单细胞图谱揭示飞行肌为关键崩解中心。该研究对家蚕与野桑蚕五龄幼虫翅原基进行单细胞转录组测序，获得了27,656个高质量细胞，鉴定出肌肉、上皮、气管、血细胞四类主要细胞群。野桑蚕翅原基中肌肉细胞占显著优势，而家蚕同类细胞数量锐减，提示驯化所致飞行能力丧失的关键缺陷可能位于翅原基肌肉细胞谱系。空间转录组与组织学定位进一步佐证了这一差异。发育轨迹分析进一步揭示，野桑蚕翅原基肌肉细胞呈现连续分化路径，依次启动蛋白合成、能量代谢增强、飞行肌成熟程序；家蚕翅原基肌肉细胞分化轨迹则明显中断，终末命运难以形成，从发育层面解释了其飞行肌成熟失败的可能原因。

图2 家蚕与野桑蚕翅原基单细胞时空转录图谱

UMAP显示四类主要细胞群，野桑蚕翅原基中肌肉细胞（蓝色）占比显著高于家蚕（图2C）；空间转录组RCTD映射揭示肌肉细胞在两物种翅原基中的分布差异（图2E）。

2. 提出“三级分层飞行模块”，证实协同崩解机制。围绕翅原基肌肉细胞群，研究提出由三层功能组件耦联构成的分层飞行模块，并发现其在家蚕中发生系统性协同崩解：（1）线粒体产能障碍：呼吸链基因（COX3、ND1等）下调，ATP供给不足；（2）翅脉结构建成异常：Dally、CtBP等调控基因表达失衡；（3）飞行肌发育异常：Hippo通路效应因子Yki调控异常，肌肉规格化受阻。表型分析证实，野桑蚕翅原基具有更规则的飞行肌超微结构、更稳健的翅脉网络及更高ATP含量，而家蚕在上述指标上均呈系统性缺陷。

3. 跨物种验证发现关键基因功能在棉铃虫中保守。该研究利用RNAi分别敲降野桑蚕COX3、Dally、CtBP、Yki的表达，均可致成虫飞行能力受损或缺失。值得注意的是，Yki呈剂量敏感性，在家蚕背景中扰动Yki无法“恢复”飞行，反而可能加剧翅发育缺陷，提示飞行能力丧失可能是网络稳态重塑的结果，而非单基因改变所致。该研究对迁飞性农业害虫棉铃虫研究发现，其翅原基单细胞图谱显示上述同源基因在肌肉细胞中显著富集，RNAi同样显著削弱其飞行能力，表明这些基因对飞行的作用可能在鳞翅目中高度保守，为以飞行能力为靶点的鳞翅目害虫的绿色防控策略提供了理论依据。

图3 家蚕飞行能力退化的“肌肉中心分层崩解”模型

家蚕翅功能障碍：线粒体产能障碍(COX3/ND1↓)、翅脉模式异常(Dally/CtBP↓)、飞行肌发育异常(Yki调控失调)。

西南大学资源昆虫高效养殖与利用全国重点实验室为论文第一完成单位。刘荣鹏、赵琛、胡杰、巴永兵为论文共同第一作者，徐汉福教授为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、广西科技计划项目、中央高校基本科研业务费团队专项及重庆市茧丝绸发展基金等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.isci.2026.114846

供稿：刘荣鹏、赵琛； 审核：李田