近日，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在国际知名期刊《当代生物学（Current Biology）》以长文“Article”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。
早在上世纪70年代，反-β-法尼烯被鉴定为绝大多数蚜虫的报警信息素组分，一直以来备受关注。抗虫功能基因研究与利用团队前期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）。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。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，其分子机制尚不十分清楚。在此基础上，该团队以生产上重要的蚜虫天敌大灰优蚜蝇为研究对象，研究了其成幼虫识别EBF的分子和神经机制。
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，发现大灰优蚜蝇成虫对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，OR3突变体失去了幼虫对EBF的近距离识别，并且对报警信息素成分为EBF的蚜虫的偏好性丧失，表明食蚜蝇幼虫同样利用该蛋白参与对EBF的感受。至此，我们提供了一个证据，即幼虫可以利用蚜虫来源的EBF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，打破了蚜虫来源的EBF作为利它素远距离吸引天敌昆虫的认知，为充分利用EBF这一重要的化学线索科学合理地开发天敌昆虫行为调控剂奠定理论基础，为实现蚜虫的绿色防控提供新的思路。
中国农业科学院植物保护研究所为本论文第一完成单位，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的Paolo Pelosi教授为论文通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项、国家自然科学基金杰青项目和中国农业科学院创新工程等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.12.054
日期：2022-01-30
