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拒絕“內(nèi)卷”：雌蟲"明智"的產(chǎn)卵策略
原文地址：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/12/514140.shtm
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？
北京時間2023年12月12日晚，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（以下簡稱基因組所）王桂榮團隊在《當(dāng)代生物學(xué)》（Current Biology）上發(fā)表研究論文，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。
拒絕“內(nèi)卷”
雌蟲承擔(dān)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。
論文通訊作者王桂榮告訴《中國科學(xué)報》，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。?
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昆蟲對產(chǎn)卵地點的選擇過程。受訪者供圖?
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？
僅僅靠視力“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?！蓖豕饦s說，當(dāng)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。?
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)葡萄小卷蛾產(chǎn)卵后會留下“產(chǎn)卵標記物”，影響雌蟲的產(chǎn)卵行為?？茖W(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（簡稱ODPs）。
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棉鈴蟲觸角掃描電鏡圖。受訪者供圖?
但產(chǎn)卵忌避素是如何被棉鈴蟲所感知的，人們對此所知甚少。
為此，王桂榮團隊通過氣相色譜質(zhì)譜法和氣相色譜-觸角電位聯(lián)用儀，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（C160ME, C180ME和C181ME）。論文第一作者、博士后張夏瑄介紹，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。?
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盒子，在盒子頂部一側(cè)放置未做任何處理的紗布，另一側(cè)則放置用產(chǎn)卵忌避素浸透過的紗布。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，棉鈴蟲雌蟲接觸未處理紗布和處理過紗布的次數(shù)接近1：1。有趣的是，雌蟲不會在有產(chǎn)卵忌避素的紗布上長時間停留。
“雌蟲只有靠近產(chǎn)卵地點的時候，才能受到產(chǎn)卵忌避素的影響。而在相對較遠的距離，產(chǎn)卵忌避素并沒有發(fā)揮作用。這說明產(chǎn)卵忌避素是在雌蟲選擇合適產(chǎn)卵地點的第四個階段“評估”中發(fā)揮了重要作用?！闭撐牡谝蛔髡摺⒒蚪M所博士后張夏瑄說。
隨后，他們利用罩籠試驗?zāi)M了雌蟲尋找產(chǎn)卵地的真實情況。他們將植株分為兩組，一組涂有產(chǎn)卵忌避素混合物，一組不涂混合物。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雌蟲更傾向于在未涂混合物的植株上產(chǎn)卵。
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雌蟲在植株上產(chǎn)卵。受訪者供圖
然而，雌蟲感受產(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)果發(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，雌蟲喪失了對產(chǎn)卵忌避素的電生理和行為反應(yīng)。
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，解釋了雌蟲避免同地大量產(chǎn)卵這一有趣生物學(xué)現(xiàn)象，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。
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