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在昆虫、植物和微生物的相互作用中，花蜜微生物影响昆虫行为的机制不明。研究人员以东方粘虫（Mythimna separata）和酿酒酵母（Metschnikowia reukaufii）为对象，研究酵母挥发性化合物的作用。发现异戊醇吸引粘虫，激活 MsepOR8 神经元，影响二者互利共生，为昆虫 - 微生物互作研究提供新视角。
在奇妙的大自然中，昆虫、植物和微生物之间存在着千丝万缕的联系，它们之间的相互作用对生态系统的稳定和发展至关重要。花朵的花蜜和花粉，作为众多生物的重要食物来源，在这个生态网络中扮演着关键角色。然而，隐藏在其中的奥秘还有很多等待我们去揭开。花蜜中常见的微生物，尤其是酵母，会通过释放挥发性化合物（Volatile Compounds，VOCs）影响花蜜对昆虫的吸引力，可具体的生物学机制却一直模糊不清。为了深入探索这一神秘领域，中国农业科学院深圳农业基因组研究所、植物保护研究所等机构的研究人员展开了一系列研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。
这项研究意义重大。一方面，它帮助我们更好地理解昆虫与微生物之间的相互关系，为生态系统的研究提供了新的视角；另一方面，也为农业害虫防治和植物授粉效率提升等实际应用提供了理论依据。
研究人员采用了多种技术方法。在昆虫行为研究方面，利用风洞实验（Wind Tunnel Assays）观察东方粘虫对不同花蜜溶液的行为反应；在化学分析层面，运用固相微萃取 - 气相色谱 - 质谱联用（Solid - Phase Microextraction - Gas Chromatography - Mass Spectrometry，SPME - GC - MS）技术鉴定花蜜挥发物成分；在分子机制探究上，通过 CRISPR - Cas9 基因编辑技术构建 MsepOR8 基因敲除突变体，结合电生理记录（Electrophysiological Recordings）和钙成像（Calcium Imaging）等技术，深入剖析异戊醇作用的分子通路 。
下面来详细看看研究结果。
- 酵母在增强蛾子对富含花粉花蜜吸引力中的作用：研究人员在风洞实验中发现，无论是雄性还是雌性东方粘虫，对富含花粉和酵母的花蜜溶液表现出明显的偏好，而缺乏酵母的花蜜溶液则难以引起它们的兴趣。而且，酵母的存在显著增强了蛾子对不同类型花粉花蜜的定位能力，这表明酵母衍生的化合物在帮助蛾子检测富含花粉的花蜜中起到了关键作用。
- 鉴定富含花粉酵母发酵花蜜中的吸引性气味：通过对不同花蜜溶液挥发物的化学分析，发现富含花粉的酵母发酵花蜜会释放出乙醇（EtOH）、异戊醇和 2 - 甲基 - 1 - 丙醇等化合物。进一步的电生理分析表明，异戊醇能引起蛾子触角显著的电生理反应，而乙醇反应微弱，2 - 甲基 - 1 - 丙醇几乎无反应。风洞实验也证实，异戊醇对蛾子的吸引力与富含花粉的酵母发酵花蜜相当，并且与其他花香挥发物（如苯乙醛，Phenylacetaldehyde，PAA）协同作用时，能显著增强对蛾子的吸引力，说明异戊醇是富含花粉酵母发酵花蜜中的关键吸引物。
- 鉴定对异戊醇作出反应的嗅觉感觉神经元：研究人员通过单感器记录（Single - Sensillum Recordings，SSR）发现，只有位于触角上耳形感器（sensilla auricillica）中的嗅觉感觉神经元（Olfactory Sensory Neurons，OSNs）对异戊醇刺激有强烈反应。转录组测序和功能验证表明，表达嗅觉受体 MsepOR8 的 OSNs 对异戊醇具有高度特异性和敏感性。钙成像和神经追踪实验进一步显示，异戊醇刺激会使触角叶（Antennal Lobe）中的 AM2 肾小球产生特异性钙反应，且表达 MsepOR8 的 OSNs 会投射到 AM2 肾小球 。
- 验证 MsepOR8 是检测异戊醇的关键气味受体：利用 CRISPR - Cas9 技术敲除 MsepOR8 基因后，突变体蛾子对异戊醇的电生理和行为反应完全丧失，而对其他非 MsepOR8 配体的刺激（如性信息素 Z11 - 16: Ald）仍能正常反应，这表明 MsepOR8 是东方粘虫对异戊醇产生吸引反应不可或缺的特异性受体。
- 异戊醇诱导的觅食行为对酵母扩散和东方粘虫繁殖成功的影响：研究发现，酵母 - 蛾子相互作用虽不能直接促进授粉，但粘虫喙上的花粉仍具有活力，暗示其在授粉中的潜在作用。实验表明，异戊醇诱导的觅食行为能增强粘虫对花粉的摄取，促进酵母扩散。此外，富含花粉的花蜜能显著提高蛾子的繁殖力，而酵母并非蛾子繁殖的必需因素 。
综合来看，这项研究揭示了酵母衍生的挥发性化合物异戊醇在昆虫 - 酵母互利共生中的关键作用机制。异戊醇通过激活表达 MsepOR8 的嗅觉感觉神经元，吸引东方粘虫寻找富含花粉的酵母发酵花蜜，促进了酵母的扩散，同时也为蛾子提供了营养，提高了其繁殖成功率。然而，目前研究还存在一些局限，如缺乏酵母挥发性化合物促进植物授粉的直接证据，未来可通过开展半田间或田间授粉实验进一步探索。该研究为理解昆虫 - 植物 - 微生物相互作用的复杂网络提供了重要线索，也为后续研究指明了方向，有助于推动生态系统中物种间相互关系的深入研究以及相关应用领域的发展。
