小菜蛾成虫感知黑芥子苷的离子型受体协同机制研究

为解决十字花科植物次生代谢物感知机制这一科学难题，中国研究人员通过CRISPR-Cas9基因编辑技术构建PxylIR25a/PxylIR76b双敲除小菜蛾品系，首次揭示离子型受体(IRs)协同介导成虫黑芥子苷(sinigrin)味觉感知的分子通路，为害虫防治提供新靶点。该成果发表于《Insect Biochemistry and Molecular Biology》。

　　

在植物与昆虫亿万年的军备竞赛中，十字花科植物演化出"硫苷-黑芥子酶"防御系统，其核心成分黑芥子苷(sinigrin)既是毒性物质又是宿主识别信号。作为典型专食性害虫，小菜蛾(Plutella xylostella)成虫依赖黑芥子苷定位产卵，幼虫则通过肠道磺基转移酶解毒。但长期以来，这种"双面刃"化合物在成虫与幼虫中的感知机制差异始终成谜。

中国农业科学院团队在《Insect Biochemistry and Molecular Biology》发表的研究中，通过系统解析小菜蛾味觉受体网络，发现成虫感知黑芥子苷的全新通路。研究首先从13个味觉受体(GRs)筛选入手，采用非洲爪蟾卵母细胞表达系统(XOE-TEVC)排除了GRs的参与可能。转而聚焦离子型受体(IRs)通路，利用CRISPR-Cas9技术构建了PxylIR25a、PxylIR76b单敲除及双敲除品系。行为学实验揭示：三种突变体雌成虫对黑芥子苷的趋性均显著降低，且双敲除未表现叠加效应，证实IR25a与IR76b以协同非冗余方式参与感知。值得注意的是，幼虫取食偏好不受IRs敲除影响，暗示成虫与幼虫采用截然不同的黑芥子苷识别策略。

关键实验技术
研究采用转录组测序鉴定候选受体，通过RACE技术克隆13个GRs；利用XOE-TEVC系统进行受体功能验证；采用CRISPR-Cas9构建IRs基因敲除品系；设计双选择行为实验量化黑芥子苷趋性；通过气相色谱分析化合物纯度。

Strong preference for sinigrin in P. xylostella
浓度梯度实验显示，野生型幼虫对10^-4
-10^-1
M黑芥子苷处理的豌豆叶片呈现剂量依赖性选择，证实其作为关键取食刺激素的作用。

Discussion
该研究突破性地揭示IRs在专食性昆虫化学通讯中的新功能：IR25a/IR76b这对古老保守的共受体(co-receptors)通过协同作用解码十字花科特征化合物，这种感知策略可能广泛存在于其他鳞翅目害虫中。成虫-幼虫感知通路的分离现象，为解释昆虫发育阶段食性转换提供分子依据。研究不仅完善了昆虫味觉受体的"GR-IR双通路"理论框架，更为设计干扰害虫宿主定位的精准防控策略开辟新途径——针对IR共受体的抑制剂可能特异性破坏成虫产卵选择而不影响幼虫防治。

这项研究标志着对"植物防御-昆虫反防御"协同进化认识的重要突破，为发展基于行为调控的绿色农药提供理论支撑。后续研究需解析IRs识别黑芥子苷的精确结构域，并探索其他十字花科专食性害虫是否共享类似机制。