雌虫在植株上产卵。受访者供图

■本报记者 李晨 通讯员 马昕怡

虫妈妈承担着繁衍后代的重任，选择一个合适的产卵地，安全诞下后代是它们的头等大事。从怀卵的那一刻开始，虫妈妈便踏上了寻找“产房”的漫漫长路。

虫妈妈主要通过气味来寻找合适的产卵地点。然而，气味繁杂混合，究竟是哪种气味起主导作用？又是如何介导虫妈妈们作出选择的？

12月12日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所（以下简称基因组所）研究员王桂荣团队在《当代生物学》发表研究论文，从分子和神经水平解析了昆虫产卵忌避行为的化学感受机制。

该团队首次在棉铃虫卵表鉴定到3个特异性的长链脂肪酸甲酯，明确了这3个气味分子是雌虫评估“产房”的重要标准，并进一步鉴定得到雌虫触角上用于识别气味分子的受体。

论文审稿人认为，这项针对非模式物种的研究，实验设计巧妙，结论有趣，具有应用价值，非常难得。

剧烈的“内卷”

生物对空间、食物等资源的剧烈竞争通常会给自身带来诸多负面影响，例如昆虫的蛹变小、幼虫体重降低等。因此，雌虫选择产卵地点时往往会避开其他雌虫已经产卵的地方，从而减少后代之间的剧烈竞争。

论文通讯作者王桂荣告诉《中国科学报》，雌虫对产卵地十分“挑剔”，为了找到适合后代生长发育的生存环境，鳞翅目雌虫往往历经搜索、定向、靠近、评估4个环节。

一开始，雌虫会进行大范围的搜寻，沿着植物散发气味的方向，确定潜在的适合产卵的植株。到达植株叶片后，雌虫会评估产卵环境。如果发现该植物已被大量卵“占领”，它就会离开，继续寻找新的、未被利用的植株进行产卵。

那么，雌虫是怎么知道其他雌虫已经在植物上产卵的？

靠“看”恐怕不行。雌虫的视力往往很差，分辨能力有限，而虫卵仅有约1毫米长。

“尽管雌虫的视力相对较弱，但它们的嗅觉极为敏锐，触角上分布着成千上万个嗅觉感受器。这些感受器高度敏感，能够接收并传导外部刺激信号。”王桂荣说，当昆虫进入一个陌生环境时，嗅觉受体会与空间中的气味分子结合，触发一系列化学和电信号传递的反应。这些信号通过神经元网络传递到昆虫的大脑或其他相关感觉中枢，引导昆虫做出相应的反应和行为。

危险的气味

昆虫主要通过气味来辨别环境中潜在的危险，其中“产卵标记物”就是诸多气味中的一种。

1996年，科学家发现葡萄小卷蛾产卵后会留下“产卵标记物”，影响其他雌虫的产卵行为。此后，科学家又陆续在苹果蠹蛾、梨小食心虫等昆虫中发现了类似物质，并将这类能够调控昆虫产卵行为的特殊化合物统称为产卵忌避素（ODPs）。

但产卵忌避素是如何被棉铃虫感知的？人们所知甚少。

王桂荣团队通过气相色谱质谱法和气相色谱-触角电位联用仪，在棉铃虫卵表鉴定到3个具有生物活性的长链脂肪酸甲酯——C160ME、C180ME和C181ME。论文第一作者、博士后张夏瑄介绍，这3个卵表化合物及其混合物均能显著引起棉铃虫产卵忌避行为，且混合物的效果明显强于单个组分。

有趣的实验

为了进一步探究产卵忌避素对雌虫产卵行为的影响，王桂荣团队设计了一组有趣的实验。

他们将交配后的雌虫放入一个盒子里，在盒子顶部一侧放置未做任何处理的纱布，另一侧则放置用产卵忌避素浸透过的纱布。结果，棉铃虫雌虫接触两种纱布的次数接近1：1。有趣的是，雌虫不会在有产卵忌避素的纱布上长时间停留。

“雌虫只有靠近产卵地点的时候，才能受到产卵忌避素的影响。在相对较远的距离，产卵忌避素没有发挥作用。这说明产卵忌避素是在雌虫选择合适产卵地点的第四个环节‘评估’中发挥了重要作用。”张夏瑄说。

随后，他们利用罩笼实验模拟了雌虫寻找产卵地的真实情况。他们将植株分为两组，一组涂有产卵忌避素混合物，一组不涂混合物。结果，雌虫更倾向于在未涂混合物的植株上产卵。

然而，雌虫感受产卵忌避素的相关机制研究仍非常有限。

王桂荣团队根据以往研究，通过荧光定量PCR筛选了10个潜在气味受体，发现仅有HarmOR56在雌蛾触角毛形感器中特异表达。他们将HarmOR56表达在非洲爪蟾的卵母细胞中，发现HarmOR56能够被产卵忌避素强烈激活。他们又进一步结合基因编辑技术敲除HarmOR56后，雌虫丧失了对产卵忌避素的电生理和行为反应。

王桂荣表示，该研究从分子和神经水平解析了卵表挥发物忌避雌虫产卵的机制，为雌虫特异嗅觉通路介导产卵生殖提供了证据和实例，对昆虫嗅觉识别高度特异性背后复杂的生理基础进行了进一步揭示，解释了雌虫避免同地大量产卵这一有趣的生物学现象，也为重大农业害虫棉铃虫的绿色防控提供了新的思路和策略。

相关论文信息：

https：//doi.org/10.1016j.cub.2023.11.026