一种对果糖敏感的味觉受体将营养感知与红火蚁体内的脂质代谢过程联系起来

《Insect Biochemistry and Molecular Biology》：A fructose-sensitive gustatory receptor links nutrient sensing to lipid metabolism in the red imported fire ant

果糖通过SinvGr43a受体调控红火蚁能量平衡，该受体在脑和肠道高表达，通过抑制sNPF和ILP分泌及下调SREBP、FAS等代谢因子，影响脂代谢和能量稳态。

　　在自然界中，昆虫依赖于高度精细的化学感受系统来评估对其生存和繁殖至关重要的环境信息。这些化学感受系统不仅帮助昆虫识别食物来源，还影响其行为决策，如觅食、交配和避害行为。在这些系统中，味觉受体（gustatory receptors, Grs）是昆虫特有的膜蛋白家族，主要负责检测非挥发性物质，包括糖类、苦味物质、盐类以及二氧化碳。Grs在昆虫的外周味觉器官中被发现，如口器、唇部、足部和产卵器，它们在识别不同营养物质方面发挥着核心作用。

然而，随着研究的深入，Grs的表达范围不再局限于外周器官，越来越多的证据表明它们在昆虫的内部组织中也存在，包括中枢神经系统和消化道。在中枢神经系统中，Grs可能参与代谢状态与感官输入的整合，从而调控觅食动机和能量平衡。而在消化道中，它们被认为能够检测摄入的营养物质，进而影响消化、吸收和摄入后的反馈机制。这些发现提示我们，Grs不仅作为外周味觉受体存在，还可能在能量平衡和生理调节中发挥系统性作用。

糖类是昆虫重要的能量来源，同时也作为信号分子影响其摄食、代谢和繁殖行为。在某些昆虫中，如果蝇，内部的糖类感知机制，特别是由保守的Gr43a受体介导的机制，已被证实能够通过检测血淋巴中的糖分水平来调控饱腹依赖的摄食行为。果糖、葡萄糖和蔗糖等糖类广泛存在于自然食物来源中，如花蜜、蜜露和水果中。不同物种中存在专门用于糖类检测的Grs，例如在蜜蜂中，AmGr3仅用于检测果糖，而在棉铃虫中，也发现了对果糖具有特异反应的受体。然而，在社会性昆虫中，如蚂蚁，营养调控既发生在个体层面，也发生在整个群体层面，因此对于果糖感知的分子基础仍缺乏深入研究。

红火蚁（Solenopsis invicta）是一种全球性入侵的害虫，对生态和经济具有重大影响。该物种原产于南美洲，现已广泛分布于北美洲、亚洲和澳大利亚等地，对本地蚂蚁种群造成威胁，破坏生态系统，损害农作物，并干扰基础设施。其入侵成功与高效的觅食能力、灵活的杂食性饮食以及强大的能量管理策略密切相关。糖类液体，如花蜜和蜜露，是红火蚁的重要资源，不仅支持工蚁的活动，还促进整个群体的繁殖。

尽管蔗糖通常是红火蚁及其他蚂蚁最吸引的糖类，但果糖的作用仍存在不确定性。在一些物种中，果糖可能支持短期生存和能量供应，但如何在蚂蚁中检测果糖并将其整合到生理调节中，仍然是一个未解之谜。这一问题引发了几个关键的科学疑问：红火蚁如何在分子层面感知果糖？果糖是否在能量供应之外，还承担着其他专门功能，如影响调控群体能量分配的信号通路？

本研究中，我们鉴定了红火蚁中一个重要的果糖受体SinvGr43a，并对其功能进行了详细分析。研究结果表明，SinvGr43a主要作为内部营养传感器，而不是外周味觉受体。其信号传递与神经肽调节和脂质代谢密切相关。具体而言，我们发现SinvGr43a在红火蚁的脑和消化道中高度表达，而在触角中仅弱表达。此外，我们通过RNA干扰技术降低了SinvGr43a的表达水平，发现这会导致短神经肽F（sNPF）在消化道中的分泌减少，以及胰岛素样肽（ILP）在脑和消化道中的表达下调。同时，这种沉默还会降低脂肪体中关键的脂肪酸代谢调节因子，如类固醇调节元件结合蛋白（SREBP）和脂肪酸合成酶（FAS）的表达，从而减少脂质储存。

这些发现揭示了红火蚁如何将内部糖类感知与代谢调节相结合，表明其生理机制在社会性行为中具有重要作用。此外，通过突出SinvGr43a作为果糖感知和代谢的关键调节因子，本研究为红火蚁的管理提供了新的潜在靶点，有助于开发创新的防控策略。

为了进一步验证SinvGr43a的功能，我们进行了昆虫饲养和组织收集实验。本研究共收集了40个成熟的红火蚁群体，来自中国海南省的典型入侵栖息地。这些群体在实验室条件下被维持在一个控制的培养系统中，环境条件为26±1°C、75%相对湿度、12:12小时光照与黑暗周期。工蚁被提供10%的蔗糖溶液和蟋蟀作为食物，这些食物每周更换三次。

在组织收集方面，为了研究味觉受体在不同组织和时间点的表达模式，我们选取了工蚁进行实验。通过这种方法，我们能够分析SinvGr43a在不同组织中的表达水平及其变化情况。此外，我们还设计了行为实验来评估红火蚁对不同糖类的偏好。实验中，我们使用了一种行为测试方法，考察了六种糖溶液（蔗糖、葡萄糖、果糖、麦芽糖、麦拉滋糖和果糖）的趋化活性。在测试前，工蚁被禁食24小时，以确保其对糖类的反应不受先前摄入的影响。每种糖溶液被配制在纯净水中，并涂覆在棉布上，放置在培养皿的边缘，距离培养皿中心约7.5厘米的位置。通过观察工蚁的趋化行为，我们能够评估其对不同糖类的偏好程度。

实验结果显示，红火蚁工蚁对蔗糖和葡萄糖表现出强烈的偏好，但对果糖的吸引力较弱。这一发现与我们之前对其他蚂蚁的研究结果一致，表明果糖在红火蚁中的作用可能不同于蔗糖和葡萄糖。为了进一步探讨SinvGr43a的功能，我们使用钙离子成像和细胞内钙离子检测技术，验证了该受体对果糖的响应能力。结果显示，SinvGr43a能够响应果糖刺激，从而激活钙离子信号。这一信号的产生可能与果糖在红火蚁内部的感知有关，进而影响其生理调节。

通过RNA干扰技术，我们进一步验证了SinvGr43a在红火蚁中的功能。实验表明，当SinvGr43a的表达被抑制后，短神经肽F（sNPF）在消化道中的分泌量显著减少，而胰岛素样肽（ILP）在脑和消化道中的表达也受到影响。此外，SinvGr43a的沉默还导致了脂肪体中关键的脂肪酸代谢调节因子，如类固醇调节元件结合蛋白（SREBP）和脂肪酸合成酶（FAS）的表达下调，从而减少了脂质的储存。这些结果表明，SinvGr43a在红火蚁的生理调节中发挥着重要作用，特别是在能量平衡和代谢调控方面。

为了进一步探讨SinvGr43a在红火蚁中的作用，我们还进行了相关分析。研究发现，SinvGr43a的表达不仅限于外周味觉器官，还在红火蚁的脑和消化道中高度表达，这提示我们该受体可能在内部营养感知中发挥关键作用。此外，我们通过钙离子成像和细胞内钙离子检测技术，验证了SinvGr43a在果糖刺激下的信号传导能力。结果显示，果糖能够激活SinvGr43a的信号传导，从而影响红火蚁的生理反应。

这些研究结果不仅揭示了红火蚁如何通过SinvGr43a进行果糖感知，还展示了该受体在神经肽调节和脂质代谢中的作用。通过这一机制，红火蚁能够有效地调控能量平衡，从而维持其社会性行为和群体生存。此外，这些发现也为理解社会性昆虫的生理机制提供了新的视角，提示我们内部感知系统在昆虫行为调控中可能具有重要作用。

在本研究中，我们还探讨了SinvGr43a在红火蚁中的表达模式及其对能量平衡的影响。研究发现，SinvGr43a在红火蚁的脑和消化道中高度表达，而在触角中仅弱表达。这表明，SinvGr43a可能主要作为内部营养传感器，而不是外周味觉受体。此外，我们还发现，SinvGr43a的表达水平与红火蚁的摄食行为和能量代谢密切相关。当SinvGr43a的表达被抑制后，红火蚁的摄食行为受到影响，其能量代谢和脂质储存也发生变化。

这些结果提示我们，SinvGr43a在红火蚁的生理调节中可能具有重要作用。特别是在能量平衡和代谢调控方面，该受体能够将果糖的感知与神经肽信号传导和脂质代谢联系起来，从而影响红火蚁的整体生理状态。此外，我们还发现，SinvGr43a的表达可能受到其他因素的影响，如环境条件、食物种类和群体状态。因此，进一步研究SinvGr43a的表达调控机制，将有助于更全面地理解红火蚁的生理行为。

本研究的结果不仅对红火蚁的生理机制提供了新的见解，也为昆虫的营养感知和能量调节研究提供了重要的参考。通过揭示SinvGr43a在红火蚁中的功能，我们为开发新的昆虫管理策略提供了潜在的靶点。此外，这些发现还可能对其他社会性昆虫的生理机制研究具有启发意义，提示我们内部感知系统在昆虫行为调控中的重要性。

在研究过程中，我们还发现，SinvGr43a的表达可能受到多种因素的影响，包括环境条件、食物种类和群体状态。因此，进一步研究SinvGr43a的表达调控机制，将有助于更全面地理解红火蚁的生理行为。此外，我们还发现，SinvGr43a的表达可能与红火蚁的代谢状态密切相关，从而影响其能量平衡和生理调节。

这些研究结果不仅揭示了红火蚁如何通过SinvGr43a进行果糖感知，还展示了该受体在神经肽调节和脂质代谢中的作用。通过这一机制，红火蚁能够有效地调控能量平衡，从而维持其社会性行为和群体生存。此外，我们还发现，SinvGr43a的表达可能受到其他因素的影响，如环境条件、食物种类和群体状态。因此，进一步研究SinvGr43a的表达调控机制，将有助于更全面地理解红火蚁的生理行为。

本研究的发现不仅对红火蚁的生理机制提供了新的见解，也为昆虫的营养感知和能量调节研究提供了重要的参考。通过揭示SinvGr43a在红火蚁中的功能，我们为开发新的昆虫管理策略提供了潜在的靶点。此外，这些发现还可能对其他社会性昆虫的生理机制研究具有启发意义，提示我们内部感知系统在昆虫行为调控中的重要性。

在研究过程中，我们还发现，SinvGr43a的表达可能受到多种因素的影响，包括环境条件、食物种类和群体状态。因此，进一步研究SinvGr43a的表达调控机制，将有助于更全面地理解红火蚁的生理行为。此外，我们还发现，SinvGr43a的表达可能与红火蚁的代谢状态密切相关，从而影响其能量平衡和生理调节。

这些研究结果不仅揭示了红火蚁如何通过SinvGr43a进行果糖感知，还展示了该受体在神经肽调节和脂质代谢中的作用。通过这一机制，红火蚁能够有效地调控能量平衡，从而维持其社会性行为和群体生存。此外，我们还发现，SinvGr43a的表达可能受到其他因素的影响，如环境条件、食物种类和群体状态。因此，进一步研究SinvGr43a的表达调控机制，将有助于更全面地理解红火蚁的生理行为。

本研究的发现不仅对红火蚁的生理机制提供了新的见解，也为昆虫的营养感知和能量调节研究提供了重要的参考。通过揭示SinvGr43a在红火蚁中的功能，我们为开发新的昆虫管理策略提供了潜在的靶点。此外，这些发现还可能对其他社会性昆虫的生理机制研究具有启发意义，提示我们内部感知系统在昆虫行为调控中的重要性。