2024年8月23日,，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心）王桂榮團(tuán)隊(duì)解析了重大農(nóng)業(yè)害蟲橘小實(shí)蠅識(shí)別甲基丁香酚的機(jī)制及其生態(tài)學(xué)意義。該研究成果以“Methyl eugenol regulates mating behavior in oriental fruit flies by enhancing lek attractiveness”為題在線發(fā)表于《國(guó)家科學(xué)評(píng)論（National Science Review）（IF=16.3）》,。研究人員運(yùn)用功能基因組學(xué),、電生理學(xué)和行為學(xué)手段,，證實(shí)橘小實(shí)蠅雄蟲利用特異性嗅覺受體神經(jīng)元識(shí)別定位甲基丁香酚，取食該化合物后在體內(nèi)將其代謝為反式松柏醇,，增強(qiáng)了雄蟲競(jìng)偶場(chǎng)對(duì)雌蟲的吸引力,，雌蟲在競(jìng)偶場(chǎng)中能夠選擇更為強(qiáng)壯的配偶，增強(qiáng)種群繁殖成效,。本研究從神經(jīng)行為學(xué)和生態(tài)學(xué)的角度揭示了經(jīng)典昆蟲食誘劑-甲基丁香酚引誘橘小實(shí)蠅的作用機(jī)制,，鑒定了該引誘劑的關(guān)鍵分子靶標(biāo)，為基于嗅覺分子靶標(biāo)來高通量篩選行為調(diào)控劑奠定理論基礎(chǔ),。

害蟲行為調(diào)控技術(shù)被公認(rèn)為綠色防控技術(shù),，其中雄性殲滅技術(shù)（Male Annihilation Technique, MAT）是歷史上最成功的行為調(diào)控技術(shù)之一。MAT在全球范圍內(nèi)用于實(shí)蠅防控超過60年,，執(zhí)行根除項(xiàng)目150多次,，均取得了良好效果。MAT技術(shù)的成功主要得益于甲基丁香酚等植物源化合物的使用,。甲基丁香酚最早由植物保護(hù)學(xué)家在香茅精油中發(fā)現(xiàn),，作為一種實(shí)蠅引誘劑。隨后,，生態(tài)學(xué)家發(fā)現(xiàn),，在自然環(huán)境下，實(shí)蠅與石豆蘭植物具有一對(duì)一的傳粉關(guān)系,，而甲基丁香酚等物質(zhì)正是石豆蘭植物花香的主要成分,，吸引實(shí)蠅幫助其傳粉,。這些植物源化合物對(duì)果實(shí)蠅類害蟲，尤其是橘小實(shí)蠅,，具有強(qiáng)烈的引誘作用,，但其作用機(jī)理不明確。因此,，研究人員利用功能基因組學(xué),，電生理和行為學(xué)手段，開展了一系列實(shí)驗(yàn)來探索甲基丁香酚調(diào)節(jié)橘小實(shí)蠅行為的機(jī)制,。

為了初步判斷橘小實(shí)蠅識(shí)別甲基丁香酚的嗅覺受體類型,，研究人員首先構(gòu)建了橘小實(shí)蠅的嗅覺共受體（BdOrco）突變體，并利用行為學(xué)方法證明：觸角上表達(dá)的氣味受體在甲基丁香酚誘集橘小實(shí)蠅中起主導(dǎo)作用,。進(jìn)一步地,，通過使用氣味刺激調(diào)控受體轉(zhuǎn)錄的手段（即Deorphanization of Receptors based on Expression Alterations in mRNA levels，DREAM）,，研究人員在觸角中鑒定到唯一一個(gè)轉(zhuǎn)錄水平下降的氣味受體BdorOR94b1,。并進(jìn)一步在果蠅的空神經(jīng)元系統(tǒng)中證實(shí)了該受體能被甲基丁香酚特異性激活（圖1 a）。接著,，研究人員利用CRISPR/Cas9技術(shù)敲除了橘小實(shí)蠅中的該氣味受體,，結(jié)果顯示構(gòu)建的突變體對(duì)甲基丁香酚的行為學(xué)和電生理反應(yīng)幾乎完全消失，證明BdorOR94b1是甲基丁香酚在橘小實(shí)蠅體內(nèi)的重要嗅覺分子靶標(biāo)（圖1b）,。

在明確橘小實(shí)蠅對(duì)甲基丁香酚外周識(shí)別過程的基礎(chǔ)上,，研究人員進(jìn)一步研究了甲基丁香酚吸引橘小實(shí)蠅的生態(tài)學(xué)意義。橘小實(shí)蠅雄蟲通過群聚形成的競(jìng)偶場(chǎng)（Lek）與雌蟲進(jìn)行交配,。而在被甲基丁香酚吸引后,，雄蟲會(huì)取食該化學(xué)物質(zhì)，并因此形成更能吸引雌蟲的競(jìng)偶場(chǎng),。這種增強(qiáng)效果是由于橘小實(shí)蠅將甲基丁香酚在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為反式松柏醇,，并將其存儲(chǔ)于直腸腺中。當(dāng)BdorOR94b1被敲除后,，橘小實(shí)蠅辨識(shí)和取食甲基丁香酚的能力顯著降低，其形成的競(jìng)偶場(chǎng)也失去了對(duì)雌蟲的吸引優(yōu)勢(shì)（圖1c）,。在競(jìng)偶場(chǎng)中,，雌蟲能夠有效選擇更強(qiáng)壯的配偶，這種選擇不僅提高了繁殖力,，也提升了幼蟲的存活率（圖1d）,。綜上所述，從神經(jīng)行為學(xué)和生態(tài)學(xué)的角度,，研究人員提出了甲基丁香酚通過增強(qiáng)競(jìng)偶場(chǎng)吸引力來調(diào)控橘小實(shí)蠅交配行為的工作模型（圖1e）,，為理解雄性殲滅技術(shù)的作用機(jī)制及未來的改進(jìn)提供了科學(xué)的理論基礎(chǔ),。

圖1 | 甲基丁香酚對(duì)橘小實(shí)蠅雄蟲的行為學(xué)作用機(jī)理

基因組所王桂榮研究員為該文章的通訊作者，東北林業(yè)大學(xué)與基因組所聯(lián)培博士生張杰,、基因組所劉偉副研究員和常賀坦研究員為論文的共同第一作者,。德國(guó)馬普化學(xué)生態(tài)所的Bill Hansson教授和東北林業(yè)大學(xué)的嚴(yán)善春教授為該研究提供了寶貴建議，基因組所為該論文的第一單位,，該研究獲得了深圳市高層次人才團(tuán)隊(duì),，深圳市大鵬新區(qū)科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目等資助,。

原文鏈接： https://doi.org/10.1093/nsr/nwae294