昆蟲作為地球上數(shù)量最多的動物類群，具有發(fā)達(dá)的嗅覺系統(tǒng)，用它來尋找伴侶、食物和產(chǎn)卵場所，還能躲避天敵。觸角通常被認(rèn)為是昆蟲的“鼻子”，科學(xué)家對它的研究廣泛而深入。昆蟲觸角依靠嗅覺感受神經(jīng)元（OSNs）來感受氣味物質(zhì)，在其樹突上共同表達(dá)的氣味受體（ORs）和協(xié)同氣味受體（ORco）的作用至關(guān)重要。一般認(rèn)為，昆蟲在觸角輸入信號的引導(dǎo)下找到寄主，然后利用位于腹部末端的產(chǎn)卵器進(jìn)行產(chǎn)卵。近日，生物互作卓越中心王琛柱團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)一個氣味受體在一種蛾的產(chǎn)卵器中高表達(dá)，能夠探測寄主植物散發(fā)的氣味物質(zhì)，幫助這種蛾確定產(chǎn)卵的準(zhǔn)確位置（Li et al., 2020 eLife）。此前，有研究發(fā)現(xiàn)有氣味受體在昆蟲產(chǎn)卵器中表達(dá)，但一直不知道其在產(chǎn)卵器中的功能。eLife期刊專門對該文做了題為“How a moth knows where to lay its eggs”的文摘報道。 

　　王琛柱課題組長期以來針對我國兩種重要農(nóng)業(yè)害蟲棉鈴蟲（Helicoverpa armigera）和煙青蟲（Helicoverpa assulta）的化學(xué)通信進(jìn)行比較研究。這兩種害蟲是近緣種，但是寄主范圍差異很大，棉鈴蟲是典型的多食性昆蟲，可取食不同科的數(shù)量眾多的農(nóng)作物，而煙青蟲只取食茄科的煙草和辣椒。近年來，該實驗室圍繞這兩種蛾的嗅覺和味覺的神經(jīng)編碼機制進(jìn)行了一系列研究。通過轉(zhuǎn)錄組測序，該團(tuán)隊意外地發(fā)現(xiàn)有一個氣味受體OR31在煙青蟲雌蛾的腹部末端高表達(dá)，其表達(dá)量遠(yuǎn)高于它在觸角中的水平，而在棉鈴蟲沒有這種情況。他們開始好奇這個氣味受體到底有什么功能，產(chǎn)卵器是否也能“嗅”到氣味物質(zhì)？于是他們首先探究該OR在產(chǎn)卵器中是否與ORco共表達(dá)。利用雙色原位雜交方法，他們發(fā)現(xiàn)OR31和ORco在產(chǎn)卵器細(xì)胞中存在共表達(dá)的情況，那么該受體的配體是什么呢？接著，他們將OR31和ORco共表達(dá)于非洲爪蟾的卵母細(xì)胞中，結(jié)合雙電極電壓鉗技術(shù)，篩選出12種能夠引起明顯電流變化的配體化合物，其中順-3-己烯丁酸酯（Z-3-Hexenyl butyrate）最為有效。通過掃描電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)卵器上存在類似觸角上毛形感器的結(jié)構(gòu)，它們除了有一個頂孔外，其壁上還有很多微孔，確認(rèn)這些感器不僅司味覺，還具有嗅覺的功能。進(jìn)一步通過單感器記錄，明確這些氣味化合物可以引起產(chǎn)卵器上一些毛形感器的電生理反應(yīng)。 

　　為驗證雌蛾產(chǎn)卵過程中不只是觸角起嗅覺作用，研究人員比較了正常雌蛾和切除觸角后的雌蛾對辣椒氣味的產(chǎn)卵選擇反應(yīng)。結(jié)果表明，切除觸角的雌蛾仍然偏好在有辣椒氣味的介質(zhì)上產(chǎn)卵，盡管其偏好指數(shù)與正常雌蛾相比有顯著降低。另一個產(chǎn)卵選擇實驗則直接用順-3-己烯丁酸酯處理產(chǎn)卵介質(zhì)，發(fā)現(xiàn)切除觸角的雌蛾和正常雌蛾都偏好在其上產(chǎn)卵，且二者的偏好指數(shù)沒有差異，這說明雌蛾在感受寄主植物的氣味混合物時觸角和產(chǎn)卵器并用，而感受順-3-己烯丁酸酯似乎主要由產(chǎn)卵器控制。基于以上結(jié)果，研究人員認(rèn)為在產(chǎn)卵器中表達(dá)的OR31有助于煙青蟲在為數(shù)不多的寄主植物上準(zhǔn)確地找到產(chǎn)卵位置。 

　　全面系統(tǒng)地了解動物的嗅覺系統(tǒng)，無論對于基礎(chǔ)生物學(xué)還是實際應(yīng)用都有非常重要的意義。這項工作突破了人們對嗅覺傳統(tǒng)認(rèn)識的局限，也會激發(fā)神經(jīng)生物學(xué)家探索動物頭部器官以外的嗅覺通路。煙青蟲是一種寡食性昆蟲，只為害煙草和辣椒。該研究發(fā)現(xiàn)不僅有助于我們了解植食性昆蟲寄主范圍的演變，還為農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)家防治害蟲提供了新的思路。 

　　論文鏈接： 

　　https://elifesciences.org/articles/53706 

　　文摘報道鏈接: https://elifesciences.org/digests/53706/how-a-moth-knows-where-to-lay-its-eggs 

　　煙青蟲雌蛾產(chǎn)卵器通過氣味受體HassOR31/HassORco的嗅覺感受神經(jīng)元檢測寄主植物的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行確認(rèn)產(chǎn)卵位置示意圖