人是如此,，昆蟲也不例外

從懷卵的那一刻開始,，

雌蟲便踏上了尋找"產(chǎn)房"的漫漫長路

為了找到適合后代生存的環(huán)境，

雌蟲需要逐一實地考察,，

不同于人類可以借助信息技術(shù)用手機“遠程”挑選房源,，

雌蟲主要通過氣味來尋找合適的產(chǎn)卵地點。

然而,，氣味紛繁雜糅,，究竟是哪種氣味起主導(dǎo)作用？又是如何介導(dǎo)雌蟲做出選擇的,？

對此,，我們?nèi)运跎佟?/span>

北京時間12月13日凌晨，基因組所王桂榮團隊在《當代生物學(xué)（Current Biology）》上在線發(fā)表研究論文“A female-specific odorant receptor mediates oviposition deterrence in the moth Helicoverpa armigera”,，從分子和神經(jīng)水平解析了昆蟲產(chǎn)卵忌避行為的化學(xué)感受機制,，該團隊首次在棉鈴蟲卵表鑒定到三個特異性的長鏈脂肪酸甲酯，明確了這三個氣味分子是雌蟲評估“產(chǎn)房”的重要標準，并進一步鑒定得到雌蟲觸角上用于識別氣味分子的氣味受體,。

論文審稿人認為,，這項針對非模式物種的研究，試驗設(shè)計巧妙,，結(jié)論很有趣而且具有應(yīng)用價值,，非常難得。

原文鏈接：https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(23)01540-3

拒絕“內(nèi)卷”

雌蟲承擔著繁衍后代的重任,，選擇一個合適的產(chǎn)卵地點,，安全誕下后代是雌蟲的"頭等大事"。

研究發(fā)現(xiàn),，生物對空間,、食物等資源的劇烈競爭通常會給其自身帶來諸多負面影響，例如昆蟲的蛹變小,、幼蟲體重降低等等,。因此，雌蟲選擇產(chǎn)卵地點時往往會避開其他雌蟲已經(jīng)產(chǎn)卵的地方,，從而減少其后代之間的劇烈競爭,。

雌蟲對于產(chǎn)卵地的選擇十分“挑剔”，為了找到適合后代生長發(fā)育的生存環(huán)境,，鱗翅目雌蟲往往會歷經(jīng)搜索,、定向、靠近,、評估4個環(huán)節(jié),。

一開始，雌蟲會進行大范圍的搜尋,，沿著植物散發(fā)氣味的來源方向,，確定潛在適合產(chǎn)卵的寄主植株，到達寄主植株葉片上后,，雌蟲會對產(chǎn)卵環(huán)境進行評估,。如果發(fā)現(xiàn)寄主植物已經(jīng)被大量卵 “占領(lǐng)”，它們就會離開這一寄主,，繼續(xù)尋找新的,、未被利用的寄主進行產(chǎn)卵。

昆蟲對產(chǎn)卵地點的選擇過程

那么雌蟲是怎么“知道”其它雌蟲已經(jīng)在寄主上產(chǎn)卵了呢,？

靠“看”,？恐怕不行，雌蟲的視力往往很差,，分辨能力有限,，而且蟲卵僅有1mm左右大小,。

盡管雌蟲的視力相對較弱，但它們的嗅覺卻極為敏銳,，雌蟲觸角上分布著成千上萬個嗅覺感受器。這些感受器具有高度的敏感性,，能夠接收并轉(zhuǎn)導(dǎo)外部刺激信號,。當昆蟲進入一個陌生環(huán)境時，嗅覺感受器中的嗅覺受體會與空間中的氣味分子結(jié)合,，觸發(fā)一系列化學(xué)和電信號傳遞的反應(yīng),。這些信號會通過神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)傳遞到昆蟲的大腦或其他相關(guān)感覺中樞，進而引導(dǎo)昆蟲做出相應(yīng)的反應(yīng)和行為,。

棉鈴蟲觸角掃描電鏡圖

"危險"的氣味

昆蟲主要通過氣味來辨別環(huán)境中潛在的危險,，其中“產(chǎn)卵標記物”就是眾多氣味的一種。

1996年,，Gabel和Thiery發(fā)現(xiàn)葡萄小卷蛾（Lobesia botrana）產(chǎn)卵后會留下“產(chǎn)卵標記物”,，影響雌蟲的產(chǎn)卵行為，科學(xué)家陸續(xù)又在蘋果蠹蛾,、梨小食心蟲等昆蟲中發(fā)現(xiàn)了類似物質(zhì),，并將這類能夠調(diào)控昆蟲產(chǎn)卵行為的特殊化合物統(tǒng)稱為產(chǎn)卵忌避素（Oviposition-deterring pheromones，ODPs）,。

但產(chǎn)卵忌避素是如何被棉鈴蟲所感知的,，對此，我們所知甚少,。

為此,，王桂榮團隊通過氣相色譜質(zhì)譜法（GC-MS）和氣相色譜-觸角電位聯(lián)用儀（GC-EAD），在棉鈴蟲卵表鑒定到三個具有生物活性的長鏈脂肪酸甲酯（C16:0ME, C18:0ME和C18:1ME）,，研究發(fā)現(xiàn),，這三種卵表化合物及其混合物均能顯著引起棉鈴蟲產(chǎn)卵忌避行為，且混合物的效果顯著強于單個組分,。

混合物忌避棉鈴蟲產(chǎn)卵的效果顯著強于單個組分

有趣的實驗

為了進一步探究產(chǎn)卵忌避素對雌蟲產(chǎn)卵行為的影響,，王桂榮團隊設(shè)計了一組有趣的實驗：

他們將交配后的雌蟲放入一個20cm*14cm*8cm的盒子中，在盒子頂部一側(cè)放置未做任何處理的紗布（Control gauze）,，另一側(cè)放置用產(chǎn)卵忌避素浸透過的紗布（Treated gauze）,，有趣的是，棉鈴蟲對產(chǎn)卵地點的首次訪問率沒有顯著差異（圖B）,，但不會在有產(chǎn)卵忌避素的紗布上久留,。

緊接著， 研究人員模擬了雌蟲尋找產(chǎn)卵地的真實情況,，將植株分為兩組,，一組涂了混合物,，一組不涂混合物，結(jié)果發(fā)現(xiàn),，雌蟲更傾向在未涂混合物的植株上產(chǎn)卵,。

然而，雌蟲如何感受產(chǎn)卵忌避素的相關(guān)機制研究仍非常有限,。

根據(jù)以往研究,，王桂榮團隊通過熒光定量PCR篩選了10個潛在氣味受體，結(jié)合原位雜交,，發(fā)現(xiàn)僅有HarmOR56在雌蛾觸角毛形感器中特異表達,。

為了驗證HarmOR56是否是雌蟲產(chǎn)卵識別產(chǎn)卵忌避素的嗅覺受體，他們將HarmOR56表達在非洲爪蟾的卵母細胞中,，結(jié)合雙電極電壓鉗技術(shù),，發(fā)現(xiàn)HarmOR56能夠被產(chǎn)卵忌避素強烈激活。進一步結(jié)合基因編輯技術(shù),，敲除HarmOR56后,，雌蟲喪失了對ODPs的電生理和行為反應(yīng)。

爪蟾卵母細胞結(jié)合雙電極電壓鉗系統(tǒng)

CRISPR/Cas9技術(shù)介導(dǎo)的棉鈴蟲氣味受體HarmOR56的基因敲除

該研究從分子和神經(jīng)水平解析了卵表揮發(fā)物忌避雌蟲產(chǎn)卵的機制,，為雌蟲特異嗅覺通路介導(dǎo)產(chǎn)卵生殖提供了證據(jù)和實例,，對昆蟲嗅覺識別高度特異性背后復(fù)雜的生理基礎(chǔ)進行了進一步揭示，也為重大農(nóng)業(yè)害蟲棉鈴蟲的綠色防控提供了新的思路和策略,。

基因組所為論文第一完成單位,，王桂榮研究員為論文通訊作者，博士后張夏瑄和植保所劉楊研究員為共同第一作者,?；蚪M所已出站博士后郭孟博（現(xiàn)為浙江農(nóng)林大學(xué)副研究員）、植保所博士生孫東東,、張夢君以及挪威科技大學(xué)Xi Chu和Bente Gunnveig Berg教授等參與了該研究,。研究得到國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金,、國家重點研發(fā)計劃,、深圳市科技創(chuàng)新項目的資助。

王桂榮課題組介紹

王桂榮,，研究員,，博士生導(dǎo)師，國家杰出青年科學(xué)基金獲得者,，國務(wù)院特殊津貼專家,，國家有突出貢獻中青年專家，入選國家高層次領(lǐng)軍人才,、國家百千萬人才工程,、科技部創(chuàng)新人才推進計劃,。

2002年在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院獲博士學(xué)位，2005年-2010年在美國范德比爾特大學(xué)從事博士后研究,。長期從事害蟲化學(xué)生態(tài)學(xué)和功能基因組學(xué)的研究工作,，闡明了害蟲交配、取食,、產(chǎn)卵等重要行為的嗅覺分子機制,，研發(fā)了多種重要農(nóng)業(yè)害蟲綠色防控新技術(shù)。主持國家自然科學(xué)基金杰出青年基金,、國家基金重點項目、國家基金重點國際合作項目,、國家重點研發(fā)計劃等項目,。發(fā)表研究論文200余篇，其中以第一或者通訊作者在PNAS,、Current Biology,、Mole.Biol.Evol.、eLife等雜志上發(fā)表SCI論文100余篇,，獲授權(quán)國家發(fā)明專利10件,，主（參）編著作3 部。

實驗室的主要研究方向：（1）昆蟲化學(xué)感受機制及行為調(diào)控劑的開發(fā),。利用組學(xué),、神經(jīng)生物學(xué)、行為學(xué)等手段解析害蟲重要行為的分子機制,，挖掘綠色防控新靶標,，高通量、智能化篩選害蟲行為調(diào)控劑,。（2） 昆蟲RNAi的作用機制及核酸農(nóng)藥研發(fā),。研究不同昆蟲，特別是鞘翅目,、鱗翅目和直翅目重要害蟲RNAi差異的分子機制,，結(jié)合組學(xué)、合成生物學(xué)和納米材料等新技術(shù)開發(fā)核酸農(nóng)藥,。