PLoS Genetics:揭示了棉铃虫的味觉感受器 它能感知植物的苦味物质香豆素

植物次生物质是植物复杂的分支代谢途径的产物。它们一般没有营养价值，但却构成了不同植物的独特风味，进而在植物防御中发挥关键作用。植食性昆虫对植物的偏好取决于次生生物量的种类和含量。农业害虫棉铃虫虽然危害多种作物，但对不同作物的偏好和危害程度不同，苦味次生物质的存在是决定幼虫是否偏好取食的关键因素。

10月8日，中国科学院动物研究所王陈竹研究团队在PLoS Genetics上发表了一篇题为《棉铃虫幼虫上颌骨高表达苦味受体的功能分析》的研究论文。本研究揭示了棉铃虫味觉受体HarmGr180是苦味香豆素的受体，并参与幼虫对马钱子碱和士的宁的感知。本文合著者陈艳和王培超是中国科学院和中国科学院大学动物研究所的博士生，导师是王陈竹研究员。陈博士论文主要研究棉铃虫苦味受体的功能，王培超博士论文主要研究基因编辑技术在昆虫味觉中的应用。博士生张、李国成、博士后、高级工程师黄灵桥参与了此项研究。

该团队前期的转录组分析发现，棉铃虫幼虫的口器中表达了多种味觉受体(Gr)，其中HarmGr180最高，因此该团队重点研究了这种受体。受体基因在非洲爪蟾卵母细胞中表达后，用双电极电压钳记录发现表达HarmGr180的细胞对香豆素有特异的电生理反应(图1)。检验幼虫口器上的味觉感受器是否具有对香豆素有反应的感受器。利用top记录，发现幼虫口器下颔部的一对中节流锥体感器对香豆素有电生理反应，香豆素能抑制另一对侧节流锥体感器对蔗糖的反应。

为了分析HarmGr180的体内功能，研究组利用CRISPR/Cas9系统构建并获得了棉铃虫HarmGr180纯合突变体(HarmGr180-/-)。结果表明，突变体幼虫的感觉器官失去了对香豆素的反应，同时降低了对黑芥子苷和马钱子碱的反应，但不影响香豆素对侧栓感觉器官的抑制作用。进一步的行为学实验表明，虽然香豆素、黑芥子苷和马钱子碱对突变幼虫仍有一定的摄食抑制作用，但摄食抑制指数明显下降。

研究人员从分子生物学、组学、电生理学和行为学等角度揭示了棉铃虫苦味受体HarmGr180的功能，对于增强对植食性昆虫味觉感知分子基础的认知和开发昆虫拒食剂具有重要意义。据估计，棉铃虫中有180种苦味受体，其中大多数的功能尚不清楚。该研究为进一步研究奠定了基础，也为其他植食性昆虫的味觉研究提供了新的视角。

图一。表达HarmGr180的非洲爪蟾卵母细胞对香豆素的浓度依赖性电生理反应