寻找产卵地,虫妈妈是如何避免“内卷”的

作者: 李晨

来源: 中国科学报

发布日期: 2023-12-17 20:02:28

中国农业科学院深圳农业基因组研究所王桂荣团队在《当代生物学》发表研究论文,解析了昆虫产卵忌避行为的化学感受机制,揭示了雌虫如何通过特异性气味分子选择产卵地点,避免后代之间的剧烈竞争,为农业害虫的防控提供了新思路。

虫妈妈承担着繁衍后代的重任,选择一个合适的产卵地,安全诞下后代是它们的头等大事。从怀卵的那一刻开始,虫妈妈便踏上了寻找“产房”的漫漫长路。虫妈妈主要通过气味来寻找合适的产卵地点。然而,气味繁杂混合,究竟是哪种气味起主导作用?又是如何介导虫妈妈们作出选择的?

12月12日,中国农业科学院深圳农业基因组研究所(以下简称基因组所)研究员王桂荣团队在《当代生物学》发表研究论文,从分子和神经水平解析了昆虫产卵忌避行为的化学感受机制。该团队首次在棉铃虫卵表鉴定到3个特异性的长链脂肪酸甲酯,明确了这3个气味分子是雌虫评估“产房”的重要标准,并进一步鉴定得到雌虫触角上用于识别气味分子的受体。

剧烈的“内卷”生物对空间、食物等资源的剧烈竞争通常会给自身带来诸多负面影响,例如昆虫的蛹变小、幼虫体重降低等。因此,雌虫选择产卵地点时往往会避开其他雌虫已经产卵的地方,从而减少后代之间的剧烈竞争。论文通讯作者王桂荣告诉《中国科学报》,雌虫对产卵地十分“挑剔”,为了找到适合后代生长发育的生存环境,鳞翅目雌虫往往历经搜索、定向、靠近、评估4个环节。

昆虫主要通过气味来辨别环境中潜在的危险,其中“产卵标记物”就是诸多气味中的一种。1996年,科学家发现葡萄小卷蛾产卵后会留下“产卵标记物”,影响其他雌虫的产卵行为。此后,科学家又陆续在苹果蠹蛾、梨小食心虫等昆虫中发现了类似物质,并将这类能够调控昆虫产卵行为的特殊化合物统称为产卵忌避素(ODPs)。但产卵忌避素是如何被棉铃虫感知的?人们所知甚少。

王桂荣团队通过气相色谱质谱法和气相色谱-触角电位联用仪,在棉铃虫卵表鉴定到3个具有生物活性的长链脂肪酸甲酯——C160ME、C180ME和C181ME。论文第一作者、博士后张夏瑄介绍,这3个卵表化合物及其混合物均能显著引起棉铃虫产卵忌避行为,且混合物的效果明显强于单个组分。为了进一步探究产卵忌避素对雌虫产卵行为的影响,王桂荣团队设计了一组有趣的实验。

他们将交配后的雌虫放入一个盒子里,在盒子顶部一侧放置未做任何处理的纱布,另一侧则放置用产卵忌避素浸透过的纱布。结果,棉铃虫雌虫接触两种纱布的次数接近1:1。有趣的是,雌虫不会在有产卵忌避素的纱布上长时间停留。

王桂荣表示,该研究从分子和神经水平解析了卵表挥发物忌避雌虫产卵的机制,为雌虫特异嗅觉通路介导产卵生殖提供了证据和实例,对昆虫嗅觉识别高度特异性背后复杂的生理基础进行了进一步揭示,解释了雌虫避免同地大量产卵这一有趣的生物学现象,也为重大农业害虫棉铃虫的绿色防控提供了新的思路和策略。

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