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中国农科院王桂荣团队揭示反-β-法尼烯调控天敌昆虫大灰优蚜蝇精准定位蚜虫的分子机制

已有 1149 次阅读 2022-1-22 10:35 |个人分类:小柯生命|系统分类:论文交流

北京时间2022年1月22日凌晨0时,中国农业科学院植物保护研究所抗虫功能基因研究与利用团队(以下简称抗虫基因团队)在Current Biology期刊以长文形式在线发表题为”Molecular basis of (E)-β-farnesene-mediated aphid location in the predator Eupeodes corollae”的研究论文。


该研究揭示了在植物-蚜虫-天敌昆虫互作关系中重要的化学线索反-β-法尼烯(EBF)的来源、生态学功能,及其介导的天敌昆虫嗅觉识别的分子机制。


王冰副研究员和博士生董婉莹为论文共同第一作者,王桂荣研究员和奥地利国家技术研究院Paolo Pelosi教授为共同通讯作者。



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早在上世纪70年代,倍半萜烯类化合物EBF被鉴定为绝大多数蚜虫种类的报警信息素组分,得到广泛关注。抗虫基因团队前期的工作阐明了蚜虫感受报警信息素的信号传导通路,从分子和细胞水平揭示了蚜虫识别EBF的分子机制(Current Biology,2017)。上世纪90年代初,科学家从虫害诱导的植物挥发物中也鉴定到了EBF组分。


在植物-蚜虫-天敌昆虫三级营养级关系中,虽然多种蚜虫天敌昆虫均能利用EBF这一化学线索定位蚜虫,但是对于不同来源的EBF吸引蚜虫天敌的理论存在一定的争议。


大多数的研究认为蚜虫来源的EBF可以作为利它素吸引天敌昆虫,但是蚜虫释放的EBF含量极低,而田间试验中足够高的EBF使用量才能吸引天敌昆虫,因此这一认知并不能提供EBF作为利它素的任何证据;也有部分研究认为植物来源的EBF主要作为互益素吸引蚜虫天敌。然而,在前期的研究中,上述假设的分子机制尚不十分清楚。

 

在此基础上,抗虫基因团队以生产上重要的蚜虫天敌昆虫大灰优蚜蝇为研究对象,研究了大灰优蚜蝇成、幼虫识别EBF的分子和神经机制。


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图文摘要

 

研究结果表明,高剂量的EBF作为远距离的线索吸引大灰优蚜蝇雌、雄成虫,而较低剂量的EBF近距离吸引食蚜蝇幼虫。在成虫中,大灰优蚜蝇雌、雄触角均能被不同浓度的EBF所激活,其中一类锥形感器中的神经元参与对EBF及其类似物的识别。由于天敌昆虫对EBF的识别作用是保守的,通过比较组学的手段鉴定了大灰优蚜蝇和黑带食蚜蝇气味受体和气味结合蛋白同源性较高的基因开展了功能研究,筛选出大灰优蚜蝇气味受体OR3以及气味结合蛋白OBP15特异性的识别EBF及其类似物。随后,通过基因编辑技术敲除了气味受体OR3,发现大灰优蚜蝇对EBF的识别作用降低,并丧失了对EBF的行为选择和远距离定位。在幼虫中,气味受体OR3以及气味结合蛋白OBP15均有表达,突变体也丧失了对EBF的近距离感受。与报警信息素成分为非EBF的蚜虫相比,突变体食蚜蝇幼虫对报警信息素成分为EBF的蚜虫的偏好性丧失,表明幼虫同样利用该蛋白参与对EBF的感受。

 

至此,研究人员提供了一个证据,幼虫可能利用蚜虫来源的EBF对其进行近距离定位,而成虫能够识别植物来源的EBF对蚜虫为害的植株进行远距离搜寻。

 

该研究从分子水平解析不同来源的EBF对天敌昆虫的调控作用,打破了蚜虫来源EBF作为利它素远距离吸引天敌昆虫的认知,为充分利用好EBF这一重要的化学线索科学合理地开发和制定天敌昆虫行为调控剂,实现蚜虫的绿色防控奠定了理论基础。

 

相关论文信息:

https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.12.054




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