棉铃虫也挑食？棉铃虫：不是每片叶子我都爱吃

2022-12-08 15:57:20 来源：科普中国

出品：科普中国

作者：冰冰棒（中国科学院动物研究所）

监制：中国科普博览

【资料图】

寒冷的秋冬来临，小伙伴们做好对美食的暴风吸入来贴秋膘了吗？不过现实中总有一些小伙伴对于某些食物（如香菜和榴莲等）有着天然的抵抗与拒绝，也就是妈妈们经常唠叨我们的“挑食”。而自然界中会“挑食”的其实并不只有我们人类，成千上万个物种里，几乎每个物种都有自己独特的口味偏好。那么这种“挑”的背后是什么因素在主导呢？

（图片来源：veer图库）

近日中国科学院动物研究所的王琛柱研究员团队在国际知名学术期刊PLoS Genetics上发表了一篇题为“Functional analysis of a bitter gustatory receptor highly expressed in the larval maxillary galea of Helicoverpa armigera”的研究论文，从基因学层面揭示了对于棉铃虫这一群体来说，食物是如何被挑选的。

棉铃虫学名为Helicoverpa armigera，在生物界分类中属于鳞翅目，夜蛾科，广泛分布在中国及世界各地，是棉花蕾铃期重要的钻蛀性害虫，主要以棉花的花蕾为食，也取食嫩叶。对于大多数昆虫来说，识别植物类型主要是通过感知这种植物本身散发出的气味，而这种气味是由植物自身生长过程中产生的多种次生代谢物混合而成，其中就包括能够劝退昆虫取食的苦味次生代谢物质——香豆素。香豆素主要在植物的果实、根、茎和叶中合成，广泛分布于植物界。它不仅能影响昆虫的摄食行为，还能够抑制昆虫的生长，降低昆虫的成活率与产卵率。那么棉铃虫挑选食物的依据是否就与植物中的香豆素有关呢？

（图片来源：veer图库）

王琛柱老师的团队在这项研究中给出了答案，证明香豆素确实是棉铃虫挑选食物的一个重要依据。就像我们人类依靠鼻子来辨别气味一样，棉铃虫身上也有感知气味的器官——口器。在棉铃虫的口器上同时表达有多种味觉受体，分别负责不同气味与物质的感知，正如我们人类能够同时感知酸甜苦辣咸一样。

（图片来源：veer图库）

在团队前期对棉铃虫口器的转录组数据（转录组指生物体内遗传基因，即DNA的表达情况的具体体现）进行分析后，科研人员发现棉铃虫口器上表达着的多种味觉受体中，含量最高的是名为HarmGr180的一种受体蛋白，其在棉铃虫的DNA信息库中对应的编码基因名为harmgr180。为了研究HarmGr180这一受体蛋白的生理功能，研究人员利用爪蟾卵母细胞表达系统与双电极电压钳实验，把HarmGr180受体蛋白对应的harmgr180基因异源表达进爪蟾卵母细胞中，并对该细胞进行了电生理检测，实验数据表明，表达了harmgr180基因的爪蟾卵母细胞（具有HarmGr180受体蛋白）会对香豆素做出特别强烈的电生理反应，而没有经过异源基因harmgr180转导的普通爪蟾卵母细胞（不具有HarmGr180受体蛋白）并不会对香豆素做出如此剧烈的反应信号，至此harmgr180基因与香豆素感知之间的关系已经比较明显了。

不过一个科学结论的提出与确定是需要非常严谨、科学且全面的实验证据去支撑的，研究人员为了进一步证实HarmGr180受体蛋白的功能，利用当下非常火的基因编辑技术——CRISPR/Cas9系统（一种基因敲除技术，可以将特定的目标基因从生物体的基因中敲除出去，敲除后的生物体不再表达该基因，也不再具有该基因对应的蛋白），成功地构建并获得了棉铃虫的纯合突变体——harmgr180-/-（该基因突变后的棉铃虫不再具有并表达harmgr180基因的能力）。对harmgr180-/-棉铃虫进行研究检测后结果表明，缺失HarmGr180受体蛋白的棉铃虫幼虫不再能够快速准确地感知到香豆素并对其进行退避，而正常的棉铃虫幼虫会正常感知香豆素并避开香豆素。

研究人员从以上分子生物学、组学、电生理学、行为学等多角度，多层次的研究解答出了，棉铃虫挑选植物的背后，可以说一切都是其体内的harmgr180基因在主导，调控表达出了名为HarmGr180的受体蛋白，感知并识别植物中香豆素的含量，从而取食香豆素含量较少的植物，有效避开香豆素含量高的植物。这一研究也为我们研发害虫拒食剂，有效防治害虫提供了科学的理论依据，为其它植食性昆虫味觉的研究提供了新的视角。

从棉铃虫通过表达harmgr180基因感知香豆素来避免取食让自己受伤的植物来看，或许挑食并不应该被我们武断地认为就是一种矫情或者不听话的行为，更多的可能是我们体内存在的遗传基因信息认为某些食物会对我们身体造成潜在的危害，不建议身体去摄入这些食物，避免对自身造成不必要的伤害。不过随着生活水平及科学常识的普及，大家挑选食物一定要学会理性取舍，必要的营养元素是一定不可或缺的，均衡且营养的饮食习惯才会让我们的身体强壮，精神饱满。

（图片来源：veer图库）

希望我们每个人都能拥有一个强健的体魄，像优秀的科学家一样，在未来探索出更多自然界中的奇妙现象，解答自然界中更多的未解之谜！

关键词：受体蛋白卵母细胞研究人员