夜蛾科昆虫取食发酵类食物的嗅觉基础

　　

　　

近日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）王桂荣团队在《BMC生物学（BMC Biology）》在线发表题为“Attraction and aversion of noctuid moths to fermented food sources coordinated by olfactory receptors from distinct gene families”的研究论文。该研究通过进化分析、基因体外功能鉴定及行为实验揭示了夜蛾科昆虫取食发酵类食物的嗅觉基础。

为了生存和繁殖，很多蛾类昆虫都有补充营养的习性。蛾类常见的食物源有花蜜、蜜露、成熟或者发酵的水果以及树木流出的汁液等。在花蜜缺乏的季节，尤其是夏末秋初的时候，很多蛾类以发酵果实为食。研究发现发酵果实吸引的蛾类昆虫大部分为夜蛾科昆虫，这种现象背后的分子机制尚不清楚。水果发酵过程产生的化合物是动态变化的，这是否以及如何影响蛾类昆虫取食也不得而知。

为了明确以上问题，该研究团队首先鉴定了不同种类的糖基物质在不同发酵时间段所产生的挥发物，发现发酵过程可以根据发酵所产生的挥发物的不同大致分为发酵前期和发酵后期两个阶段。前期主要发酵产物是异物醇，后期主要是一些中链脂肪酸和酯类。之后以棉铃虫为例，通过行为实验明确了发酵前期的发酵物对棉铃虫成虫具有吸引作用而发酵后期的发酵物对棉铃虫成虫有趋避效果，这种吸引和趋避作用主要是由发酵产生的异戊醇和辛酸介导的。 接下来探究了两种挥发物以及不同发酵阶段发酵物对棉铃虫存活和生殖的影响，结果表明过度发酵的发酵物趋避棉铃虫是因为所产生的辛酸会显著降低棉铃虫成虫交配率和卵的孵化率。之后，该团队对来自五个科四个夜蛾科亚科的共8种鳞翅目昆虫的ORs和IRs进行了进化分析，并通过爪蟾卵母表达体统鉴定出了识别异戊醇的气味受体HarmOR52和识别辛酸的离子型受体HarmIR75q.1，并对这两个受体的同源受体进行了体外功能研究，发现这两个受体的功能在夜蛾科保守。为了利用发酵类食物源，夜蛾科昆虫进化出了一个夜蛾科特有的OR去识别食物信号异戊醇；为了避免取食过度发酵食物源，夜蛾科昆虫功能特异化IR75q.1去识别发酵后期产生的辛酸。夜蛾科昆虫通过协调两个不同基因家族的受体功能，使其能够利用发酵糖基物质作为食物源。该研究从分子和进化角度解释了夜蛾科昆虫取食习性背后的嗅觉分子机制。

基因组所（大鹏湾实验室）王桂荣研究员为论文通讯作者，侯晓青博士后（现为湘湖实验室副研究员）为论文第一作者。瑞典隆德大学张丹丹研究员、Christer Lofstedt，中国农科院植保所刘杨研究员，基因组所（大鹏湾实验室）赵浛博博士后共同参与了研究工作。研究得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金、深圳科技计划以及深圳市大鹏新区科技创新与产业发展专项基金等项目的资助。

原文链接:https://bmcbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12915-024-02102-w