传粉果蝇在复杂嗅觉气味环境下对花多种气味信号的行为决策及其神经回路的研究

Selective pressures caused by insect pollinating behaviors shape the adaptation and speciation of plant species, and the detection and behavior responding to floral odors among complex olfactory signals are the key element in pollination process. In this project, we will take the advantage of our established Orchid-fly pollination system (C.bardophianum-D.immigrans) to study the pollinating behavioral decision responding to multiple floral odor mixture in complex environmental olfactory signals. What’s more, using neurotransmitters antagonists we will dissect the function of different circuits underlying these multi-factor based decisions in the context of floral odors. Our study of the processing of floral odor with complex environmental odor signals in pollination, especially the effect of plant-environment-insect communication, help us to understand the evolution of insect-plant interaction, as well as to ease the global pollination crisis.

昆虫传粉行为造成的选择压力是塑造植物物种的适应与分化的重要动力，而昆虫在复杂自然环境中对花气味的识别与行为决策机制是决定昆虫传粉行为的关键。在本项目中我们以前期建立的兰科杓兰属无苞杓兰-果蝇传粉系统为平台,研究花气味中多种挥发性化合物（VOCs）以及背景环境中的气味信号对传粉果蝇行为的影响，从而为解析复杂嗅觉信号对传粉昆虫识别响应目标花气味的影响作用提供新的研究切入点。并进一步利用神经递质阻抗药物研究传粉果蝇不同神经递质回路对惕各酸乙酯的趋向行为，以及对混合花气味和多种环境气味信息行为决策的调控作用。本研究计划探索的传粉过程中昆虫神经系统识别复杂气味信息的作用方式，特别是研究植物群落及环境信息对昆虫传粉行为的影响，是帮助我们理解昆虫植物交互系统的演化过程以及应对全球传粉系统危机的重要途径。

昆虫传粉行为造成的选择压力是塑造植物物种的适应与分化的重要动力，而昆虫在复杂自然环境中对花气味的识别与行为决策机制是决定昆虫传粉行为的关键。在本项目中我们以前期建立的兰科杓兰属无苞杓兰-果蝇传粉系统为平台,研究花气味中多种挥发性化合物（VOCs）以及背景环境中的气味信号对传粉果蝇行为的影响，从而为解析复杂嗅觉信号对传粉昆虫识别响应目标花气味的影响作用提供新的研究切入点。.首先我们选择二氧化碳作为环境气味研究对象，研究其对花气味吸引传粉者的影响。然而利用前人发现的二氧化碳能够特异性的改变某些特定气味化合物的气味赋值从而果蝇行为反应改变的实验范式研究中，我们发现无苞杓兰花中关键化合物惕铬酸乙酯（ethyl tiglate ,ET）不是二氧化碳特异性影响的气味化合物。.另外在复合花气味组分作用机制方面，我们的研究发现在无苞杓兰果蝇欺骗性传粉系统中，其花气味组分3-辛酮（3-Octanone,OCT)化合物具有广泛的抑制性，虽3-辛酮OCT本身对于传粉果蝇来说不具吸引力但能够抑制无苞杓兰花中关键化合物惕铬酸乙酯ET以及非无苞杓兰花中化合物丙酮酸乙酯（ethyl butyrate, EB)对于传粉果蝇的吸引，同时我们还发现丁酸乙酯EB化合物本身对传粉果蝇同样不具吸引力，但却能够抑制3-辛酮OCT对于惕铬酸乙酯ET和丙酮酸乙酯EP的抑制。我们在确定无苞杓兰花中成份、比例、以及不同浓度对传粉果蝇吸引的前提下，进一步深入研究发现了两种副效化合物（3-辛酮OCT、丁酸乙酯EB）与关键化合物ET之间的抑制与反抑制作用。本研究结果表明无苞杓兰花气味信号之间的组合作用共同调节对传粉果蝇的吸引，首次发现这种抑制与反抑制的复合花气味的作用式样。本研究阐述了混合花气味如何调控传粉者行为的全新机制，为帮助我们理解探索植物群落及环境信息对昆虫传粉行为的影响提供了全新的视角。