棉鈴蟲也挑食？棉鈴蟲：不是每片葉子我都愛吃

出品：科普中國

【資料圖】

作者：冰冰棒（中國科學(xué)院動物研究所）

寒冷的秋冬來臨，小伙伴們做好對美食的暴風(fēng)吸入來貼秋膘了嗎？不過現(xiàn)實中總有一些小伙伴對于某些食物（如香菜和榴蓮等）有著天然的抵抗與拒絕，也就是媽媽們經(jīng)常嘮叨我們的“挑食”。而自然界中會“挑食”的其實并不只有我們?nèi)祟?，成千上萬個物種里，幾乎每個物種都有自己獨特的口味偏好。那么這種“挑”的背后是什么因素在主導(dǎo)呢？

（圖片來源：veer圖庫）

近日中國科學(xué)院動物研究所的王琛柱研究員團(tuán)隊在國際知名學(xué)術(shù)期刊PLoS Genetics上發(fā)表了一篇題為“Functional analysis of a bitter gustatory receptor highly expressed in the larval maxillary galea of Helicoverpa armigera”的研究論文，從基因?qū)W層面揭示了對于棉鈴蟲這一群體來說，食物是如何被挑選的。

棉鈴蟲學(xué)名為Helicoverpa armigera，在生物界分類中屬于鱗翅目，夜蛾科，廣泛分布在中國及世界各地，是棉花蕾鈴期重要的鉆蛀性害蟲，主要以棉花的花蕾為食，也取食嫩葉。對于大多數(shù)昆蟲來說，識別植物類型主要是通過感知這種植物本身散發(fā)出的氣味，而這種氣味是由植物自身生長過程中產(chǎn)生的多種次生代謝物混合而成，其中就包括能夠勸退昆蟲取食的苦味次生代謝物質(zhì)——香豆素。香豆素主要在植物的果實、根、莖和葉中合成，廣泛分布于植物界。它不僅能影響昆蟲的攝食行為，還能夠抑制昆蟲的生長，降低昆蟲的成活率與產(chǎn)卵率。那么棉鈴蟲挑選食物的依據(jù)是否就與植物中的香豆素有關(guān)呢？

（圖片來源：veer圖庫）

王琛柱老師的團(tuán)隊在這項研究中給出了答案，證明香豆素確實是棉鈴蟲挑選食物的一個重要依據(jù)。就像我們?nèi)祟愐揽勘亲觼肀鎰e氣味一樣，棉鈴蟲身上也有感知氣味的器官——口器。在棉鈴蟲的口器上同時表達(dá)有多種味覺受體，分別負(fù)責(zé)不同氣味與物質(zhì)的感知，正如我們?nèi)祟惸軌蛲瑫r感知酸甜苦辣咸一樣。

（圖片來源：veer圖庫）

在團(tuán)隊前期對棉鈴蟲口器的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)（轉(zhuǎn)錄組指生物體內(nèi)遺傳基因，即DNA的表達(dá)情況的具體體現(xiàn)）進(jìn)行分析后，科研人員發(fā)現(xiàn)棉鈴蟲口器上表達(dá)著的多種味覺受體中，含量最高的是名為HarmGr180的一種受體蛋白，其在棉鈴蟲的DNA信息庫中對應(yīng)的編碼基因名為harmgr180。為了研究HarmGr180這一受體蛋白的生理功能，研究人員利用爪蟾卵母細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)與雙電極電壓鉗實驗，把HarmGr180受體蛋白對應(yīng)的harmgr180基因異源表達(dá)進(jìn)爪蟾卵母細(xì)胞中，并對該細(xì)胞進(jìn)行了電生理檢測，實驗數(shù)據(jù)表明，表達(dá)了harmgr180基因的爪蟾卵母細(xì)胞（具有HarmGr180受體蛋白）會對香豆素做出特別強烈的電生理反應(yīng)，而沒有經(jīng)過異源基因harmgr180轉(zhuǎn)導(dǎo)的普通爪蟾卵母細(xì)胞（不具有HarmGr180受體蛋白）并不會對香豆素做出如此劇烈的反應(yīng)信號，至此harmgr180基因與香豆素感知之間的關(guān)系已經(jīng)比較明顯了。

不過一個科學(xué)結(jié)論的提出與確定是需要非常嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)且全面的實驗證據(jù)去支撐的，研究人員為了進(jìn)一步證實HarmGr180受體蛋白的功能，利用當(dāng)下非?；鸬幕蚓庉嫾夹g(shù)——CRISPR/Cas9系統(tǒng)（一種基因敲除技術(shù)，可以將特定的目標(biāo)基因從生物體的基因中敲除出去，敲除后的生物體不再表達(dá)該基因，也不再具有該基因?qū)?yīng)的蛋白），成功地構(gòu)建并獲得了棉鈴蟲的純合突變體——harmgr180-/-（該基因突變后的棉鈴蟲不再具有并表達(dá)harmgr180基因的能力）。對harmgr180-/-棉鈴蟲進(jìn)行研究檢測后結(jié)果表明，缺失HarmGr180受體蛋白的棉鈴蟲幼蟲不再能夠快速準(zhǔn)確地感知到香豆素并對其進(jìn)行退避，而正常的棉鈴蟲幼蟲會正常感知香豆素并避開香豆素。

研究人員從以上分子生物學(xué)、組學(xué)、電生理學(xué)、行為學(xué)等多角度，多層次的研究解答出了，棉鈴蟲挑選植物的背后，可以說一切都是其體內(nèi)的harmgr180基因在主導(dǎo)，調(diào)控表達(dá)出了名為HarmGr180的受體蛋白，感知并識別植物中香豆素的含量，從而取食香豆素含量較少的植物，有效避開香豆素含量高的植物。這一研究也為我們研發(fā)害蟲拒食劑，有效防治害蟲提供了科學(xué)的理論依據(jù)，為其它植食性昆蟲味覺的研究提供了新的視角。

從棉鈴蟲通過表達(dá)harmgr180基因感知香豆素來避免取食讓自己受傷的植物來看，或許挑食并不應(yīng)該被我們武斷地認(rèn)為就是一種矯情或者不聽話的行為，更多的可能是我們體內(nèi)存在的遺傳基因信息認(rèn)為某些食物會對我們身體造成潛在的危害，不建議身體去攝入這些食物，避免對自身造成不必要的傷害。不過隨著生活水平及科學(xué)常識的普及，大家挑選食物一定要學(xué)會理性取舍，必要的營養(yǎng)元素是一定不可或缺的，均衡且營養(yǎng)的飲食習(xí)慣才會讓我們的身體強壯，精神飽滿。

（圖片來源：veer圖庫）

希望我們每個人都能擁有一個強健的體魄，像優(yōu)秀的科學(xué)家一樣，在未來探索出更多自然界中的奇妙現(xiàn)象，解答自然界中更多的未解之謎！

標(biāo)簽： 受體蛋白 卵母細(xì)胞 研究人員