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动物所等揭示棉铃虫齿唇姬蜂的性信息素通信机制

2022-12-01 动物研究所
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  性信息素通信是一种古老且特异的通信形式,普遍地被昆虫利用来定位配偶和促进交配。自1959年第一种昆虫性信息素——蚕蛾醇被鉴定以来(Butenandt et al., 1959),昆虫性信息素鉴定和相关感受机制研究一直是化学生态学领域的热点。其中,以鳞翅目昆虫的性信息素鉴定最多,组分多为10-18碳的不饱和醛、醇、酯(Anto and Yamakawa,2011)。寄生蜂是膜翅目昆虫最大的类群,约有100万种以上(Askew,1971),但对寄生蜂信息素通信机制尚无系统研究。另外,寄生蜂类昆虫的气味受体(odorant receptor,OR)数目在进化过程中发生过明显扩张(Zhou et al., 2015),而鲜有关于此类昆虫气味受体的功能研究。

  棉铃虫齿唇姬蜂(Campoletis chlorideae Uchida)属于膜翅目姬蜂科,是广寄生性的内寄生蜂,以棉铃虫(Helicoverpa armigera)、烟青虫(Helicoverpa assulta)等30多种鳞翅目昆虫的低龄幼虫为寄主,广泛分布于我国黄河流域和长江流域,是有效控制鳞翅目害虫种群数量的生防因子(图1)。    

  11月29日,中国科学院动物研究所研究员王琛柱团队在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上,发表了题为Sex pheromone communication in an insect parasitoid, Campoletis chlorideae Uchida的研究论文,阐明了棉铃虫齿唇姬蜂的性信息素通信机制。

  该研究利用气相色谱-触角电位(GC-EAD)、触角电位(EAG)和气相色谱和质谱联用(GC-MS)技术,探索了雌蜂和雄蜂的触角对两性体表提取物的电生理反应。研究发现,两种雌蜂体表组分十四醛(tetradecanal,14:Ald)和2-十七烷酮(2-heptadecanone,2-Hep)能够引起雄蜂触角明显的电生理反应,而不能引起雌蜂触角的电生理反应。研究进一步利用Y-型管和交配行为实验证明,未交配雄蜂对这两种化合物有明显的趋向反应,而雌蜂对其没有明显的行为反应。研究显示,用正己烷清洗后的雌蜂失去对未交配雄蜂的吸引能力,而将这两种化合物涂抹到被清洗过的雌蜂身体上后,雌蜂基本恢复对未交配雄蜂的吸引力。这证明14:Ald和2-Hep(1:4.6)是棉铃虫齿唇姬蜂的两种性信息素组分(图2)。

  进一步,研究利用果蝇T1神经元表达和单感器记录研究了6个偏雄表达的气味受体的功能,发现表达CchlOR18或CchlOR47的果蝇T1神经元分别对14:Ald和2-Hep反应。利用RNAi在雄性寄生蜂中敲低两个受体基因中任何一个的表达后,雄蜂定位雌蜂的能力明显下降;敲低两个受体基因的表达后,雄蜂失去定位雌蜂的能力。这些实验证明了CchlOR18和CchlOR47是分别感受14:Ald和2-Hep的气味受体(图2)。前期研究利用反向化学生态学发现了一种对该寄生蜂雌性具有强烈吸引力的化合物——顺式-茉莉酮(Z)-jasmone及其气味受体CchlOR62(Sun et al., 2019)。选择和寄生实验证明,性信息素和(Z)-jasmone可以分别调控雄性和雌性寄生蜂的行为,可明显提高棉铃虫齿唇姬蜂对棉铃虫低龄幼虫的寄生效率。

  该研究揭示了棉铃虫齿唇姬蜂性信息素通信机制,鉴定了寄生蜂的首例性信息素受体,为今后探究寄生蜂类昆虫的信息素通信机制和物种演化打下了基础。研究工作得到国家自然科学基金重点项目和中科院等的支持。河南科技大学科研人员参与研究。

  论文链接 

图1.棉铃虫齿唇姬蜂、棉铃虫、棉花之间的寄生关系(引自王琛柱,1991)

图2.棉铃虫齿唇姬蜂性信息素的鉴定

图3.棉铃虫齿唇姬蜂性信息素受体的鉴定

打印 责任编辑:侯茜

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