2019-01-28 20:06:01
科学家们发现了蝗虫中有毒的反捕食者防御机制

由中国科学院动物研究所康乐教授领导的一个科学家小组报告了一种前所未有的动物防御机制,通过这种机制,嗅觉(警告)信号可以转化为有毒化学物质,以促进反对者的防御。蝗虫。

这项研究结果发表于2019年1月23日的Science Advances杂志上的一篇名为“蝗虫中的苯乙腈促进抗癫痫药防御作为嗅觉信号和氰化物前体”的文章中。

动物聚集是一种非常普遍的现象,在自然界具有重要的生物学意义。高密度蝗虫可形成大群,暴露于捕食者的风险很高。因此,群居蝗虫的有效防御策略对其生存和迁徙至关重要。

先前的一项研究表明,群居蝗虫可能会使用与食用植物有毒提取物相关的警示色,以防止捕食者对抗捕食。然而,对蝗虫中的使用信号和毒素的功能协调和生物合成知之甚少。

利用化学分析,研究人员发现苯乙腈(PAN)是一种主要的密度依赖性挥发性化合物,可以在群居蝗虫的所有组织和体液中检测到,但在孤独的蝗虫中不存在。行为测定排除了蝗虫聚集中的PAN作用。

利用转录组分析,RNA干扰介导的基因敲除和氘标记化合物的化学分析,研究人员首次发现新的细胞色素P450(CYP)基因CYP305M2催化从苯丙氨酸到PAN的生物合成途径中的肟化反应。动物物种。

他们表明该基因编码限速酶,其表达水平直接响应蝗虫种群密度的变化。

为了测试蝗虫产生的PAN是否会影响大山雀的捕食,研究人员进行了一系列双选和捕食试验,包括有或没有PAN负荷的蝗虫。他们发现大山雀拒绝攻击并以PAN处理的孤独蝗虫为食。

此外,他们表明注射dsCYP305M2的蝗虫经常受到攻击,并且优先被注射dsGFP或PAN处理的dsCYP305M2注射的蝗虫的大山雀消耗。这些研究结果表明,由群居蝗虫产生的PAN减少了鸟类的捕食,并在蝗虫防御中起到嗅觉信号的作用。

尽管在植物中生物合成和施用氰化氢(HCN)是普遍的,但在动物中相对罕见。在这里,研究人员首次揭示了蝗虫中存在HCN的从头生物合成途径,并且当蝗虫受到鸟类捕食者的威胁时,来自PAN前体的HCN显着促进。因此,响应种群密度的PAN生物合成的可塑性对于在不同环境条件下优化蝗虫的反捕食者防御策略是至关重要的。

结果改变了先前关于PAN在蝗虫聚集中作用的观点,并为支持其在蝗虫防御中的作用提供了坚实的证据。这项研究的结果不仅与对猎物 - 捕食者相互作用的深刻理解有关,而且与控制农业害虫爆发的新策略的发展有关。

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