| 植物的代謝產(chǎn)物構(gòu)成了每種植物獨(dú)有的味道。植食性昆蟲主要利用其發(fā)達(dá)的味覺系統(tǒng)來檢測植物化合物，從而識別要取食的組織和產(chǎn)卵的場所。味覺感器多分布在昆蟲的口器、足、觸角上，其中，表達(dá)的味覺受體（GR）決定昆蟲的味覺感受特性。在植食性昆蟲的味覺受體中，苦味受體種類最多，但到目前，學(xué)界對其功能的了解仍有限。
中國科學(xué)院動物研究所研究員王琛柱團(tuán)隊在eLife上，發(fā)表了題為A gustatory receptor tuned to the steroid plant hormone brassinolide in Plutella xylostella （Lepidoptera：Plutellidae） 的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)了小菜蛾感受植物激素油菜素內(nèi)酯的味覺受體。
小菜蛾（Plutella xylostella）是一種世界性的大害蟲，專門危害十字花科蔬菜。為揭開小菜蛾專食十字花科植物之謎，王琛柱團(tuán)隊把研究重點放在對小菜蛾苦味受體的功能分析上。研究發(fā)現(xiàn)，在小菜蛾的GR基因中，有一個苦味受體基因——PxylGr34，其在小菜蛾四齡幼蟲的頭部及成蟲的觸角中高表達(dá)，由此，研究人員猜測這個基因可能具有重要的味覺感受功能。通過爪蛙卵母細(xì)胞表達(dá)和雙電極電壓鉗記錄實驗，發(fā)現(xiàn)表達(dá)該基因的細(xì)胞對植物激素油菜素內(nèi)酯及其類似物24-表油菜素內(nèi)酯的刺激較敏感；以這兩種植物激素刺激幼蟲口器上的味覺感器，確認(rèn)二者均可誘發(fā)口器下顎葉上中栓錐感器的電生理反應(yīng)。為了明確油菜素內(nèi)酯對小菜蛾的行為影響，研究人員進(jìn)一步設(shè)計了一系列的昆蟲取食選擇和產(chǎn)卵選擇實驗：在植物葉片上涂抹油菜素內(nèi)酯后，小菜蛾幼蟲的取食面積明顯減小；在產(chǎn)卵介質(zhì)上涂抹油菜素內(nèi)酯后，小菜蛾成蟲在其上的產(chǎn)卵量也顯著變少，這表明油菜素內(nèi)酯對小菜蛾幼蟲的取食及成蟲的產(chǎn)卵均有抑制作用。研究人員利用RNA干擾的方法，降低該受體基因在幼蟲的表達(dá)后，發(fā)現(xiàn)幼蟲口器下顎葉上中栓錐感器的電生理反應(yīng)明顯降低，油菜素內(nèi)酯對幼蟲無顯著的取食抑制作用，這證實PxylGr34的表達(dá)介導(dǎo)了小菜蛾對油菜素內(nèi)酯的厭惡行為反應(yīng)。
該研究表明，植食性昆蟲可利用苦味受體來探測特定的植物化合物，從而判斷是否在該種植物上取食或產(chǎn)卵。研究成果有助于設(shè)計以味覺受體為潛在靶標(biāo)的害蟲綠色防控技術(shù)，為開發(fā)以植物激素為基礎(chǔ)的昆蟲行為調(diào)節(jié)劑提供了新思路。動物所行為生理與神經(jīng)遺傳學(xué)研究組博士后楊科為論文第一作者，王琛柱為論文通訊作者。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金的支持。 |
