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Curr Biol:农科院植保所王桂荣研究组揭示蚜虫感受报警信息素新机制

摘要 : 2016年12月1日,国际著名学术杂志《Cell》子刊《Current Biology》杂志在线发表了中国农业科学院植物保护研究所王桂荣研究团队题为 “Molecular Basis of Alarm Pheromone Detection in Aphids” 的研究论文,研究通过比较基因组学结合神经电生理记录等技术揭示了蚜虫感受报警信息素的神经和分子新机制。

 2016年12月1日,国际著名学术杂志《Cell》子刊《Current Biology》杂志在线发表了中国农业科学院植物保护研究所王桂荣研究团队题为 “Molecular Basis of Alarm Pheromone Detection in Aphids” 的研究论文,研究通过比较基因组学结合神经电生理记录等技术揭示了蚜虫感受报警信息素的神经和分子新机制。东北林业大学联合培养硕士研究生张睿彬和博士后王冰是文章的共同第一作者,王桂荣研究员为论文通讯作者。

蚜虫总共有10个科约4400种,很多是农林业和园艺上的重要害虫,除了直接危害外,蚜虫传播多种植物病毒造成更为严重的危害。40多年前,科学家们就发现大多数蚜虫在遇天敌攻击或者其它危险时,会从腹管中释放出含有报警信息素(E)-β-farnesene (EBF) 的小液滴,“警告”邻近的蚜虫快速逃离或掉落,这是蚜虫长期进化过程中形成的逃避敌害和危险的手段。然而到目前为止,蚜虫如何感受报警信息素仍不清楚,极大地限制了利用这一行为特性发展蚜虫控制策略。

此项研究首次鉴定了蚜虫感受报警信息素的嗅觉受体及神经,从分子和细胞水平揭示了蚜虫识别报警信息素的新机制,证实以气味受体为靶标筛选昆虫行为调控剂的可行性,为发展绿色环保的害虫防治策略提供了新思路和新方法。首先利用电生理技术明确了蚜虫触角感受器中的一条神经特异性地感受报警信息素。通过比较基因组学结合基因体外功能研究揭示了嗅觉受体 Odorant receptor 5 (OR5) 用于感受EBF,进一步将蚜虫OR5基因转入到果蝇触角特定神经中,该神经获得了对EBF的灵敏反应,证实了OR5是EBF 的受体。利用RNA干扰技术敲除蚜虫体内OR5基因,蚜虫报警行为丧失。以上结果揭示了蚜虫用于灵敏、特异感受EBF的嗅觉受体和神经。通过以上的基础研究推测,激活OR5的化合物就能够像EBF一样对蚜虫有趋避作用,高通量筛选和行为测定结果证实了以上测:筛选获的激活受体OR5的气味分子,对蚜虫有明显趋避作用。本项研究首次阐明了蚜虫感受报警信息素的信号传导通路,建立了嗅觉受体和昆虫行为的关系,证实以气味受体为靶标筛选昆虫行为调控剂是可行性的,为发展绿色环保的害虫防治策略提供了新思路和新方法。

原文链接:

Molecular Basis of Alarm Pheromone Detection in Aphids

原文摘要:

The sesquiterpene (E)-β-farnesene (EBF) is the alarm pheromone for many species of aphids [ 1 ]. When released from aphids attacked by parasitoids or predators, it alerts nearby conspecifics to escape by walking away and dropping off the host plant [ 2, 3 ]. The reception of alarm pheromone in aphids is accomplished through a highly sensitive chemosensory system. Although olfaction-related gene families including odorant receptors (ORs) and odorant-binding proteins (OBPs) have recently been identified from aphid genomes [ 4–6 ], the cellular and molecular mechanisms of EBF reception are still largely unknown. Here we demonstrate that ApisOR5, a member of the large superfamily of odorant receptors, is expressed in large placoid sensillum neurons on the sixth antennal segment and confers response to EBF when co-expressed with Orco, an obligate odorant receptor co-receptor, in parallel heterologous expression systems. In addition, the repellent behavior of Acyrthosiphon pisum to EBF disappears after knocking down ApisOR5 by RNAi as well as two A. pisum odorant-binding proteins known to bind EBF (ApisOBP3 and ApisOBP7). Furthermore, other odorants that can also activate ApisOR5, such as geranyl acetate, significantly repelA. pisum, as does EBF. Taken together, these data allow us to conclude that ApisOR5 is essential to EBF reception in A. pisum. The characterization of the EBF receptor allows high-throughput screening of aphid repellents, providing the necessary information to develop new strategies for aphid control.

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