拒绝“内卷”:雌虫"明智"的产卵策略
2023-12-14 09:44:14
文章来源
中国科学报

从怀卵的那一刻开始,雌虫便踏上了寻找产房的漫漫长路。为了找到适合后代生存的“环境”,雌虫主要通过气味来寻找合适的产卵地点。

然而,气味纷繁杂糅,究竟是哪种气味起主导作用?又是如何介导雌虫做出选择的?

北京时间2023年12月12日晚,中国农业科学院深圳农业基因组研究所(以下简称基因组所)王桂荣团队在《当代生物学》(Current Biology)上发表研究论文,从分子和神经水平解析了昆虫产卵忌避行为的化学感受机制。

该团队首次在棉铃虫卵表鉴定到三个特异性的长链脂肪酸甲酯,明确了这三个气味分子是雌虫评估“产房”的重要标准,并进一步鉴定得到雌虫触角上用于识别气味分子的气味受体。

论文审稿人认为,这项针对非模式物种的研究,试验设计巧妙,结论很有趣而且具有应用价值,非常难得。

拒绝“内卷”

雌虫承担着繁衍后代的重任,选择一个合适的产卵地点,安全诞下后代是雌虫的头等大事。

研究发现,生物对空间、食物等资源的剧烈竞争通常会给其自身带来诸多负面影响,例如昆虫的蛹变小、幼虫体重降低等等。因此,雌虫选择产卵地点时往往会避开其他雌虫已经产卵的地方,从而减少其后代之间的剧烈竞争。

论文通讯作者王桂荣告诉《中国科学报》,雌虫对于产卵地的选择十分“挑剔”,为了找到适合后代生长发育的生存环境,鳞翅目雌虫往往历经搜索、定向、靠近、评估4个环节。

一开始,雌虫会进行大范围的搜寻,沿着植物散发气味的来源方向,确定潜在适合产卵的寄主植株,到达寄主植株叶片上后,雌虫会对产卵环境进行评估。如果发现寄主植物已经被大量卵 “占领”,它们就会离开这一寄主,继续寻找新的、未被利用的寄主进行产卵。 



昆虫对产卵地点的选择过程。受访者供图 

那么雌虫是怎么“知道”其它雌虫已经在寄主上产卵了呢?

仅仅靠视力“看”?恐怕不行,雌虫的视力往往很差,分辨能力有限,而且虫卵仅有1mm左右大小。

“尽管雌虫的视力相对较弱,但它们的嗅觉却极为敏锐,雌虫触角上分布着成千上万个嗅觉感受器。这些感受器具有高度的敏感性,能够接收并转导外部刺激信号。”王桂荣说,当昆虫进入一个陌生环境时,嗅觉感受器中的嗅觉受体会与空间中的气味分子结合,触发一系列化学和电信号传递的反应。这些信号会通过神经元网络传递到昆虫的大脑或其他相关感觉中枢,进而引导昆虫做出相应的反应和行为。 

危险的气味

昆虫主要通过气味来辨别环境中潜在的危险,其中“产卵标记物”就是众多气味的一种。

1996年,Gabel和Thiery发现葡萄小卷蛾产卵后会留下“产卵标记物”,影响雌虫的产卵行为。科学家陆续又在苹果蠹蛾、梨小食心虫等昆虫中发现了类似物质,并将这类能够调控昆虫产卵行为的特殊化合物统称为产卵忌避素(简称ODPs)。

 


棉铃虫触角扫描电镜图。受访者供图 

但产卵忌避素是如何被棉铃虫所感知的,人们对此所知甚少。

为此,王桂荣团队通过气相色谱质谱法和气相色谱-触角电位联用仪,在棉铃虫卵表鉴定到三个具有生物活性的长链脂肪酸甲酯(C160ME, C180ME和C181ME)。论文第一作者、博士后张夏瑄介绍,这三种卵表化合物及其混合物均能显著引起棉铃虫产卵忌避行为,且混合物的效果显著强于单个组分。 

有趣的实验

为了进一步探究产卵忌避素对雌虫产卵行为的影响,王桂荣团队设计了一组有趣的实验。

他们将交配后的雌虫放入一个盒子,在盒子顶部一侧放置未做任何处理的纱布,另一侧则放置用产卵忌避素浸透过的纱布。结果发现,棉铃虫雌虫接触未处理纱布和处理过纱布的次数接近1:1。有趣的是,雌虫不会在有产卵忌避素的纱布上长时间停留。

“雌虫只有靠近产卵地点的时候,才能受到产卵忌避素的影响。而在相对较远的距离,产卵忌避素并没有发挥作用。这说明产卵忌避素是在雌虫选择合适产卵地点的第四个阶段“评估”中发挥了重要作用。”论文第一作者、基因组所博士后张夏瑄说。

随后,他们利用罩笼试验模拟了雌虫寻找产卵地的真实情况。他们将植株分为两组,一组涂有产卵忌避素混合物,一组不涂混合物。结果发现,雌虫更倾向于在未涂混合物的植株上产卵。


雌虫在植株上产卵。受访者供图

然而,雌虫感受产卵忌避素的相关机制研究仍非常有限。

根据以往研究,王桂荣团队通过荧光定量PCR筛选了10个潜在气味受体,结合原位杂交,发现仅有HarmOR56在雌蛾触角毛形感器中特异表达。

为了验证HarmOR56是否是雌虫识别产卵忌避素的嗅觉受体,他们将HarmOR56表达在非洲爪蟾的卵母细胞中。结果发现HarmOR56能够被产卵忌避素强烈激活。进一步结合基因编辑技术,敲除HarmOR56后,雌虫丧失了对产卵忌避素的电生理和行为反应。

研究从分子和神经水平解析了卵表挥发物忌避雌虫产卵的机制,为雌虫特异嗅觉通路介导产卵生殖提供了证据和实例,对昆虫嗅觉识别高度特异性背后复杂的生理基础进行了进一步揭示,解释了雌虫避免同地大量产卵这一有趣生物学现象,也为重大农业害虫棉铃虫的绿色防控提供了新的思路和策略。

李晨 马昕怡


责任编辑:刘利香

雌虫

产卵

免责声明

发现网登载此文出于传递更多信息之目的,并不意味赞同其观点或证实其描述。文章内容仅供参考,不构成投资建议。投资者据此操作,风险自担。违法、不良信息举报和纠错,及文章配图版权问题均请联系本网,我们将核实后即时删除。


  • 版权所有 发现杂志社