闻香识“害虫”|基因组所破解昆虫性信息素生物合成通路

在电影《闻香识女人》里，盲人退役上校弗兰克·斯莱德有一项特殊的技能，仅凭女人身上的香水味，他就能辨认她们的身份，猜出她们的年龄、职业、性格，甚至名字。这也是电影名字的由来。类似的，不仅仅人可以通过气味分辨对方，对于昆虫来说，也同样如此。

5月8日，《分子生态资源（Molecular Ecology Resources）》在线发表了基因组所王桂荣团队和樊伟团队的研究论文，题为“Chromosome-level genomes of two armyworms, Mythimna separata and Mythimna loreyi, provide insights into the biosynthesis and reception of sex pheromones（东方粘虫和劳氏粘虫的染色体水平基因组深化了对性信息素的生物合成和接收的理解）”。该研究首次组装了劳氏粘虫的染色体级别基因组，并完善了东方粘虫基因组，找到了东方粘虫、劳氏粘虫和草地贪夜蛾的性信息素生物合成和感受的关键基因。该研究有助于理解性信息素通讯的分化机制，为开发新型环保的害虫防控技术提供理论依据。

“性”的致命诱惑：性信息素在昆虫防治中的作用

东方粘虫和劳氏粘虫是两种常见的禾本科作物害虫，寄主范围包括稻米、玉米、小麦、甘蔗、大麦和高粱。两种粘虫在幼虫阶段的外观相似，往往同时危害农作物，造成大量经济损失。

雌蛾的性信息素是一类具有不同长度的碳氢化合物，在蛾类两性交流中起到重要作用，雄蛾根据雌蛾释放的性信息素寻找配偶。

对东方粘虫和劳氏粘虫往往采用农药防治，造成环境污染和生态安全问题。与传统农药相比，用性信息素引诱、干扰或中断害虫交配有许多优点，如物种特异性，对哺乳动物无毒性，环境友好等。东方粘虫和劳氏粘虫是近缘种，但是性信息素组分差异极大。劳氏粘虫与世界性害虫草地贪夜蛾有着相同的主要组分与相似的比例，会影响性信息素防控的效果。因此对东方粘虫、劳氏粘虫开展基因组学研究，能够解析鳞翅目性信息素合成与接收的机制，并促进性信息防控手段的开发与改良。

东方粘虫和劳氏粘虫的基因组和进化历史

研究团队利用三代测序技术构建了包括 W染色体在内的东方粘虫和劳氏粘虫的参考基因组。东方粘虫和劳氏粘虫的基因组序列总长分别为688.38 Mb和683.22 Mb，分别含有17,549和16,977个蛋白质编码基因。W染色体上包含少量的基因和大量的转座子序列。转座子序列的扩张导致两种粘虫具有较大的基因组。两种粘虫在大约10.5百万年前发生了分化，染色体结构仍然保持稳定。

图1 | 两种粘虫的基因组组装

合成和感受性信息素的关键基因

尽管劳氏粘虫和草地贪夜蛾有相同的性信息素主要成分，但其合成途径不同。具体来说，劳氏粘虫和草地贪夜蛾使用了不同的脱饱和酶合成性信息素。所有性信息素合成相关的基因都没有丧失功能，这些基因的选择性表达和作用顺序造成了不同物种性信息素组分的异同。此外研究还确定了信息素受体基因，并推断出它们感应的性信息素成分。劳氏粘虫和草地贪夜蛾的部分性信息素组分在传统性信息素受体分支没有对应的受体，进一步证明部分性信息素组分可能由传统性信息素受体分支以外的受体感知。

图2 | 东方粘虫、劳氏粘虫和草地贪夜蛾性信息素合成通路和关键的基因

基因组所樊伟研究员和王桂荣研究员为论文的通讯作者，基因组所博士后赵浛博、刘航玮、刘一鹏为文章的共同第一作者，该研究得到了该工作得到了深圳市科技计划项目和深圳市大鹏新区科技创新与产业发展专项资金资助项目的资助。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1755-0998.13809