猎球网

MENU
猎球网(集团)有限公司

猎球网:新闻中心

当前位置: 首页» 新闻中心» 科研进展
猎球网(集团)有限公司

猎球网:拒绝“内卷”:雌虫“明智”的产卵策略

2023-12-13 11:30:00来源:

【字体:

  

父母之爱子,则为之计深远

人是如此,昆虫也不例外

从怀卵的那一刻开始,

雌虫便踏上了寻找"产房"的漫漫长路

为了找到适合后代生存的环境,

雌虫需要逐一实地考察,

不同于人类可以借助信息技术用手机“远程”挑选房源,

雌虫主要通过气味来寻找合适的产卵地点。

然而,气味纷繁杂糅,究竟是哪种气味起主导作用?又是如何介导雌虫做出选择的?

对此,我们仍所知甚少。

北京时间12月13日凌晨,猎球网王桂荣团队《当代生物学(Current Biology)》上在线发表研究论文“A female-specific odorant receptor mediates oviposition deterrence in the moth Helicoverpa armigera”,从分子和神经水平解析了昆虫产卵忌避行为的化学感受机制,该团队首次在棉铃虫卵表鉴定到三个特异性的长链脂肪酸甲酯,明确了这三个气味分子是雌虫评估“产房”的重要标准,并进一步鉴定得到雌虫触角上用于识别气味分子的气味受体。

论文审稿人认为,这项针对非模式物种的研究,试验设计巧妙,结论很有趣而且具有应用价值,非常难得。



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


拒绝“内卷”

雌虫承担着繁衍后代的重任,选择一个合适的产卵地点,安全诞下后代是雌虫的"头等大事"。

研究发现,生物对空间、食物等资源的剧烈竞争通常会给其自身带来诸多负面影响,例如昆虫的蛹变小、幼虫体重降低等等。因此,雌虫选择产卵地点时往往会避开其他雌虫已经产卵的地方,从而减少其后代之间的剧烈竞争。

雌虫对于产卵地的选择十分“挑剔”,为了找到适合后代生长发育的生存环境,鳞翅目雌虫往往会历经搜索、定向、靠近、评估4个环节。

一开始,雌虫会进行大范围的搜寻,沿着植物散发气味的来源方向,确定潜在适合产卵的寄主植株,到达寄主植株叶片上后,雌虫会对产卵环境进行评估。如果发现寄主植物已经被大量卵 “占领”,它们就会离开这一寄主,继续寻找新的、未被利用的寄主进行产卵。


昆虫对产卵地点的选择过程


那么雌虫是怎么“知道”其它雌虫已经在寄主上产卵了呢?

靠“看”?恐怕不行,雌虫的视力往往很差,分辨能力有限,而且虫卵仅有1mm左右大小。

尽管雌虫的视力相对较弱,但它们的嗅觉却极为敏锐,雌虫触角上分布着成千上万个嗅觉感受器。这些感受器具有高度的敏感性,能够接收并转导外部刺激信号。当昆虫进入一个陌生环境时,嗅觉感受器中的嗅觉受体会与空间中的气味分子结合,触发一系列化学和电信号传递的反应。这些信号会通过神经元网络传递到昆虫的大脑或其他相关感觉中枢,进而引导昆虫做出相应的反应和行为。


棉铃虫触角扫描电镜图


"危险"的气味

昆虫主要通过气味来辨别环境中潜在的危险,其中“产卵标记物”就是众多气味的一种。

1996年,Gabel和Thiery发现葡萄小卷蛾(Lobesia botrana)产卵后会留下“产卵标记物”,影响雌虫的产卵行为,科学家陆续又在苹果蠹蛾、梨小食心虫等昆虫中发现了类似物质,并将这类能够调控昆虫产卵行为的特殊化合物统称为产卵忌避素(Oviposition-deterring pheromones,ODPs)。

但产卵忌避素是如何被棉铃虫所感知的,对此,我们所知甚少。

为此,王桂荣团队通过气相色谱质谱法(GC-MS)和气相色谱-触角电位联用仪(GC-EAD),在棉铃虫卵表鉴定到三个具有生物活性的长链脂肪酸甲酯(C16:0ME, C18:0ME和C18:1ME),研究发现,这三种卵表化合物及其混合物均能显著引起棉铃虫产卵忌避行为,且混合物的效果显著强于单个组分。



混合物忌避棉铃虫产卵的效果显著强于单个组分


有趣的实验

为了进一步探究产卵忌避素对雌虫产卵行为的影响,王桂荣团队设计了一组有趣的实验:

他们将交配后的雌虫放入一个20cm*14cm*8cm的盒子中,在盒子顶部一侧放置未做任何处理的纱布(Control gauze),另一侧放置用产卵忌避素浸透过的纱布(Treated gauze),有趣的是,棉铃虫对产卵地点的首次访问率没有显著差异(图B),但不会在有产卵忌避素的纱布上久留。

紧接着, 研究人员模拟了雌虫寻找产卵地的真实情况,将植株分为两组,一组涂了混合物,一组不涂混合物,结果发现,雌虫更倾向在未涂混合物的植株上产卵。

然而,雌虫如何感受产卵忌避素的相关机制研究仍非常有限。

根据以往研究,王桂荣团队通过荧光定量PCR筛选了10个潜在气味受体,结合原位杂交,发现仅有HarmOR56在雌蛾触角毛形感器中特异表达。

为了验证HarmOR56是否是雌虫产卵识别产卵忌避素的嗅觉受体,他们将HarmOR56表达在非洲爪蟾的卵母细胞中,结合双电极电压钳技术,发现HarmOR56能够被产卵忌避素强烈激活。进一步结合基因编辑技术,敲除HarmOR56后,雌虫丧失了对ODPs的电生理和行为反应。


爪蟾卵母细胞结合双电极电压钳系统


CRISPR/Cas9技术介导的棉铃虫气味受体HarmOR56的基因敲除


该研究从分子和神经水平解析了卵表挥发物忌避雌虫产卵的机制,为雌虫特异嗅觉通路介导产卵生殖提供了证据和实例,对昆虫嗅觉识别高度特异性背后复杂的生理基础进行了进一步揭示,也为重大农业害虫棉铃虫的绿色防控提供了新的思路和策略。


猎球网为论文第一完成单位,王桂荣研究员为论文通讯作者,博士后张夏瑄和植保所刘杨研究员为共同第一作者。猎球网已出站博士后郭孟博(现为浙江农林大学副研究员)、植保所博士生孙东东、张梦君以及挪威科技大学Xi Chu和Bente Gunnveig Berg教授等参与了该研究。研究得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金、国家重点研发计划、深圳市科技创新项目的资助。


王桂荣课题组介绍

王桂荣,研究员,博士生导师,国家杰出青年科学基金获得者,国务院特殊津贴专家,国家有突出贡献中青年专家,入选国家高层次领军人才、国家百千万人才工程、科技部创新人才推进计划。

2002年在中国农业科学院研究生院获博士学位,2005年-2010年在美国范德比尔特大学从事博士后研究。长期从事害虫化学生态学和功能基因组学的研究工作,阐明了害虫交配、取食、产卵等重要行为的嗅觉分子机制,研发了多种重要农业害虫绿色防控新技术。主持国家自然科学基金杰出青年基金、国家基金重点项目、国家基金重点国际合作项目、国家重点研发计划等项目。发表研究论文200余篇,其中以第一或者通讯作者在PNAS、Current Biology、Mole.Biol.Evol.、eLife等杂志上发表SCI论文100余篇,获授权国家发明专利10件,主(参)编著作3 部。

实验室的主要研究方向:(1)昆虫化学感受机制及行为调控剂的开发。利用组学、神经生物学、行为学等手段解析害虫重要行为的分子机制,挖掘绿色防控新靶标,高通量、智能化筛选害虫行为调控剂。(2) 昆虫RNAi的作用机制及核酸农药研发。研究不同昆虫,特别是鞘翅目、鳞翅目和直翅目重要害虫RNAi差异的分子机制,结合组学、合成生物学和纳米材料等新技术开发核酸农药。



猎球网(集团)有限公司
TOP
猎球网(集团)有限公司
TOP
猎球网(集团)有限公司