eLife:发现飞蝗群信息素通过“催促”方式诱导雌性性成熟和产卵的同步效应

来源：中国生物技术网2022-03-18 18:10

群居动物往往表现出高度的生殖同步，即群体中的个体具有相同或相似的生殖周期。同步的性成熟和生殖周期有利于群体的维持和集体迁徙。同步繁殖可以大大提高个体交配的成功率和后代的存活率，降低个体捕食的风险，增强群体动物的环境适应能力，是动物群体行为的核心生物学特征之一。然而，如何在动物群中产生生殖同步的问题长期困扰着动物学界。目前，有

群居动物往往表现出高度的生殖同步，即群体中的个体具有相同或相似的生殖周期。同步的性成熟和生殖周期有利于群体的维持和集体迁徙。同步繁殖可以大大提高个体交配的成功率和后代的存活率，降低个体捕食的风险，增强群体动物的环境适应能力，是动物群体行为的核心生物学特征之一。然而，如何在动物群中产生生殖同步的问题长期困扰着动物学界。目前关于生殖同步的机制有几种假说，如季节气候因素、体内节律(生物钟)、个体间的信号交流等。越来越多的研究表明，个体间的信息交换在生殖同步的调控中起着关键作用。其中，在哺乳动物中发现的白色效应理论认为，种群中雄性释放的化学信号可以诱导种群中雌性生理周期的同步化。但是，由于同步化的研究涉及到一个群体中不同个体对内外环境因素的不同反应，因此对其机制的研究并不容易开展，生殖同步化的具体机制至今鲜有报道。

东亚飞蝗是一种世界性的主要害虫。随着种群密度的增加，飞蝗可以从低密度的“分散型”转变为可以聚集成灾的“群居型”。群居的飞蝗在行为、发育等许多生活特征上是一致的，是研究群体同步现象的理想模型。

近日，中国科学院动物研究所王先辉研究员团队和中国科学院院士乐康团队揭示，飞蝗聚集信息素(4-乙烯基苯甲醚)具有促进雌性个体同步成熟的功能，即他们两年前发现的飞蝗聚集信息素也调节飞蝗的生殖节律，其调节机制非常复杂。

通过对群居和散居雌性的终末卵母细胞发育和首次产卵时间的分析，发现群居雌性比散居雌性成熟更早、更一致，产卵时间更集中。通过性别控制实验，进一步发现飞蝗雌性性成熟同步化现象是由群居雄性体表化学挥发物诱导的，而群居雌性和散居雄性体表挥发物不能诱导雌性同步繁殖。嗅觉缺失突变品系的雌性飞蝗受到群居雄性昆虫气味的刺激，不能观察到它们的性成熟同步化。这些实验证明，飞蝗种群的嗅觉信号在诱导飞蝗雌性同步成熟中起着关键作用。

嗅觉信号的关键成分是什么？本研究通过对群居成年雄虫、群居雌虫和散居雄虫体表挥发物组成和含量的动态监测和分析，确定了5种高散发挥发物的群居雄虫。在逐一检测五种挥发性气味的同步效应后，发现只有4-乙烯基茴香醚(4-VA)具有显著的剂量依赖性同步效应。此外，4-VA对不同发育阶段雌性个体的作用表现为

影响4-VA促性成熟作用年龄差异的机制是什么？通过转录组分析几种组织的转录表达谱，发现经4-VA处理的年轻雌性咽侧保幼激素(JH)代谢相关基因的表达发生显著变化，血淋巴中JH的滴度显著增加，但这一途径在老年雌性中没有显著变化。用4-VA嗅觉受体缺失突变飞蝗品系(Or35-/-)进行的JH补充试验表明，在出苗后3-4天，经JH类似物处理的突变雌蝗性成熟同步性显著提高。因为JH是飞蝗生殖控制的关键内分泌激素。结果表明，保幼激素途径介导了不同年龄雌性个体对4-VA敏感性的差异。

研究表明，雄性高挥发性4-VA在特定的发育时间窗口激活雌性成年个体的JH通路，从而使年轻的雌性个体加速性成熟。通过这种“追赶”策略，可以实现种群中不同个体间性成熟的同步化。

这项研究为“白色”效应提供了一个新的案例，也为理解这一理论的分子机制提供了一个新的视角。4-VA的功能多效性表明该化合物在大规模飞蝗种群的形成和维持中起着重要作用。因此，该化合物及其特异性嗅觉受体有望成为未来蝗灾可持续控制新技术研发的重要分子靶标。

相关结果发表在eLife上，标题为聚集信息素4-乙烯基茴香醚促进雌性位置的性匹配同步。该研究得到了中国科学院生物相互作用卓越与创新中心、国家自然科学基金委员会、中国科学院国际伙伴计划和中国科学院青年促进会的支持。(100yiyao.com)

版权声明

本网站所有标注“来源：100医学网”或“来源：bioon”的文字、图片、音视频资料，均属于100医学网网站的版权。未经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，否则将追究法律责任。获得书面授权转载时，必须注明“来源：100医学网”。其他来源的文章都是转载。本网站所有转载都是为了传递更多信息。转载内容不代表本网站立场。不希望被转载的媒体或个人可以联系我们，我们会立即删除。

87%的用户在用100医网APP随时阅读、评论、分享。请扫描二维码下载-