飞蛾的味觉偏好如何随着年龄而变化

最新研究表明， 棉铃虫(Helicoverpa armigera)的幼虫和成虫采用不同的糖感应系统来满足其食物选择的要求。

今天，这项研究作为经过审查的预印本发表在eLife上，编辑们认为它非常重要，他们说它提供了令人信服的证据，表明两种不同的糖感知味觉受体是棉铃虫幼虫和成虫饮食偏好变化的基础。

这些发现与进一步的研究相结合，可能会提出一种新的害虫防治方法，以提高全球农作物产量。

棉铃虫是一种臭名昭著的世界性农作物害虫，每年造成约 30 亿美元的经济损失。棉铃虫在幼虫期主要以植物的叶子、花蕾和果实为食，这些植物的糖浓度相对较低。成年后，它主要以富含糖分的植物花蜜为食。

先前的研究表明，棉铃虫具有外部味觉感觉神经元(GSN)——负责检测味觉信号并将其传递到大脑的特殊神经细胞——对蔗糖和果糖敏感。在幼虫中，这些 GSN 位于嘴周围的特殊结构中，而在成虫中，它们存在于触角、跗节(距离身体最远的腿部部分)和称为长鼻的特殊进食结构中，该结构负责提供食物。与人的舌头有相似的功能。

“棉铃虫的幼虫和成虫的饮食在糖的种类和浓度上差异很大。蔗糖是植物组织中发现的主要糖分，而花蜜主要含有蔗糖、果糖和葡萄糖。”该研究的主要作者、中国科学院动物研究所害虫啮齿动物综合治理国家重点实验室博士生张帅帅解释道。中国科学院，中国北京。“我们的目的是描述棉铃虫两个生命阶段之间饮食变化的分子基础。”

张和同事首先比较了棉铃虫幼虫和成虫对植物中发现的七种糖的电生理和行为反应，包括蔗糖、果糖和葡萄糖。他们证实幼虫和成虫都具有糖检测 GSN，但它们的反应特征、强度和敏感性显着不同。幼虫中的糖 GSN 对蔗糖反应强烈，敏感性高，对蔗糖的敏感性比成虫 GSN 高 100-1,000 倍，而成虫 GSN 对蔗糖、岩藻糖和果糖的反应强度和敏感性较低。幼虫的这种高敏感性可能有助于它们在植物的糖稀少组织中定位蔗糖。

接下来，研究小组分析了幼虫和成虫味觉器官中九个候选糖味觉受体(GR)基因的表达和功能;Gr4–Gr12(含)。由于 Gr9 的功能已知，他们使用爪蟾卵母细胞(非洲爪蛙的未受精卵)测试了其他八种 GR 的功能，爪蟾卵母细胞由于体积大且相对容易操作而广泛用于科学研究。研究小组将每个 GR 基因的 DNA 序列插入单个卵母细胞中，然后测试每个卵母细胞对 11 种不同糖化合物的反应。大多数卵母细胞没有反应，但表达 Gr10 和 Gr6 的卵母细胞对一种或多种糖有反应，表明它们在食物识别中的作用。研究发现 Gr10 对蔗糖有特异性调节，而 Gr6 对蔗糖、岩藻糖和果糖有反应。

最后，Zhang 及其同事使用 CRISPR/Cas9 DNA 修饰技术分别创建了 Gr6 和 Gr10 的两种棉铃虫纯合突变体，这意味着它们不再具有 Gr6 或 Gr10 基因的功能。研究小组试图找出突变幼虫和成虫与典型棉铃虫相比对糖的电生理和行为反应的任何变化。通过分析，研究小组确定 Gr10 在幼虫糖 GSN 接收蔗糖方面发挥着关键作用，并调节幼虫对蔗糖的偏好。另一方面，Gr6 负责感知成年棉铃虫 GSN 中的蔗糖、岩藻糖和果糖。

综上所述，结果表明棉铃虫幼虫和成虫使用不同的味觉受体基因来检测食物中的蔗糖。幼虫主要利用Gr10来检测植物组织中的低含量蔗糖，而成虫主要利用Gr6来检测各种高含量的糖，包括花蜜中的蔗糖。

作者和编辑都指出，为了彻底揭示糖感应机制并设计一种新的害虫防治方法，首先全面研究所有参与蔗糖感应的 GR 的功能至关重要。

“我们报道了棉铃虫永恒味觉神经元中蔗糖接收的分子基础，并发现不同的味觉受体是成虫和幼虫阶段食物选择差异的基础，”资深作者 Chen-Zhu Wang 总结道。中国科学院动物研究所害虫鼠害综合治理国家重点实验室教授。“与 Gr10 和 Gr6 密切相关的 GR 也存在于其他蛾类和蝴蝶物种中。因此我们推测这些物种中也可能存在类似的糖感应机制，这值得未来的研究来验证。”

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