2019-10-09 06:43:02
烟蛾在产卵时会避开有毛毛虫粪便味的植物

烟蛾在产卵时会避开有毛毛虫粪便味的植物.jpg

产卵昆虫利用气味提示为其后代选择合适的食物底物,以提高幼虫的成活率。马克斯·普朗克化学生态研究所的科学家证明,不仅植物的气味可以决定最佳的产卵位置,而且还可以确定同一物种的其他幼虫的苦味。他们在烟草天蛾幼虫的粪便中指定了排斥物质,这表明雌蛾存在竞争性同种异体。

此外,研究人员能够鉴定出一种气味受体,该受体与幼虫的典型气味的检测有关,从而控制着卵过程中的竞争避免。他们的发现发表在2019年10月的《美国国家科学院院刊》上。

非常饿的毛毛虫

烟草天蛾(Manduca sexta)极为贪婪。他们的拉丁名Manduca源自动词manducare,意为进食或咀嚼。这些永不满足的毛毛虫可能会像成年人的手指一样大,除了整天吃东西和咀嚼之外什么都不做。因此,单个幼虫能够使宿主植物完全脱叶,例如野生烟草弱毒烟草或神圣曼陀罗曼陀罗(至少是小植物)。因此,一棵植物很少足以养活第二只毛毛虫。

“我们已经知道飞蛾会仔细地选择它们的产卵位。到目前为止,我们和其他人基本上都集中在这样一个想法:飞蛾能够检测到已经被毛毛虫攻击的植物的气味特征发生变化,因此将它们的卵产在其他地方。感兴趣的是,飞蛾是否还会直接考虑幼虫(即飞蛾后代的潜在竞争者)提供的信息,”该出版物的主要作者之一马库斯·克纳登(Markus Knaden)解释说。

烟草天蛾试图避免为其后代竞争而似乎是合理的。然而,令人惊讶的是,幼虫粪便中的一类特殊的挥发性化合物(6-碳脂肪酸)足以引发回避行为。在风洞中的行为分析清楚地表明,飞蛾被滤纸相关的某些化合物驱除,从而使飞蛾暴露于滤纸上的各种气味成分。

在产卵蛾子中,受体IR8a调节对幼虫的避免

这种对6-碳脂肪酸避免反应的特异性使科学家能够阐明这种行为的分子基础。通过使用新技术CRISPR / Cas9,他们在触角,蛾鼻中敲除了特定的受体蛋白,这些蛋白对于检测这些化合物至关重要,因此能够显示出离子受体8a(IR8a)决定了这种避免对幼虫粪便的反应。

“令人惊讶的是,到目前为止,还没有人研究过飞蛾如何检测到幼虫的信号。我们对缺少IR8a蛋白的飞蛾进行的实验表明,没有这些蛋白,产卵的飞蛾无法检测到并避免同种竞争者,并在有机会的地方产卵。我们的研究首次表明,IR8a途径对于介导由毛毛虫粪便引起的避酸作用至关重要。”来自该研究的第一作者,马克斯·普朗克研究项目的中国研究人员Jin Zhang总结道。化学生态研究所得到了亚历山大·冯·洪堡基金会的支持。

进化背景和观点

植物与昆虫之间的相互作用是多种多样且高度复杂的。它们是在进化过程中进化的,并且只要参数发生变化就可以进行修改。烟草鹰蛾在已经受到毛虫攻击的植物上产卵的数量明显减少,这并不是一个新发现。此外,已知幼虫的粪便气味会吸引食肉动物,即幼虫的敌人。然而,不知道同一幼虫是否能确保以其他方式竞争食物的同种菌保持一定距离。因此,来自野菜的化学信号不仅对已经在植物上觅食的毛毛虫有帮助,而且对helps蛾也有帮助:通过避免幼虫的气味,它们可以为后代找到更好的食物。

最近开发的遗传工具提供了新的机会,可以更详细地研究曼杜卡六倍体和其他害虫中的气味引导行为。研究人员对解决以下问题特别感兴趣:哪些因素(例如花香,湿度和CO2)将昆虫引到寄主植物上?哪些受体蛋白调节对特定气味的反应?这些特定行为涉及哪些基因?

从这些研究中获得的基础知识可能有助于更好地为我们应对气候变化带来的农业挑战做好准备。

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