蚜虫识别报警信息素的分子机理

When aphids are attacked, alarm pheromone secreted from their cornicles or siphunculi enables neighbors to escape damage. The aphid alarm pheromone could be used in direct application treatments to crops to reduce aphid colonization and also provide reliable cues for host-seeking of parasitoids or predators. Synthesis and application of alarm pheromone analogs have been a hot topic of how to control aphid damage and further to reduce virus spread. Although researches in the past decade made important progress in physiology and behavior of aphids raised by alarm pheromone, the molecular mechanism of alarm pheromone-encoding in aphid needs is largely unknown. In this proposal, Odorant receptor and odorant binding protein genes encoding aphid alarm pheromone will be identified and functional characterized through comparative genomics, molecular biology and electrophysiology. Based on this, we could reconstruct aphid alarm pheromone perception pathway in heterologous expression system and fruit fly mutant to elucidate the cellular and molecular basis of alarm pheromone preception, which may provide the logic proofs for screening and designing stable, nonvolatile analogs of aphid alarm pheromone, and further use to reduce aphid damage in the field.

蚜虫在受到外界威胁时，从腹管中分泌报警信息素使周围的同伴能够迅速逃避敌害。在害虫防治的应用上，这种报警信息素不仅可以有效防止蚜虫聚集、控制蚜虫数量，而且为天敌搜寻蚜虫提供了可靠的线索。因此，蚜虫报警信息素类似物的合成和应用一直是防治蚜虫危害进而减少植物病毒传播的热点课题。通过近20年的研究，虽然对报警信息素引起的蚜虫的生理行为及触角电位反应的研究取得了重要进展，但是对蚜虫识别报警信息素的分子机制却有待深入研究。本研究采用比较基因组学、分子生物学和电生理学等方法，鉴定和克隆编码蚜虫报警性信息素的气味受体和气味结合蛋白基因；通过体外表达的方法重建蚜虫报警信息素识别系统，阐明蚜虫识别报警信息素的神经和分子基础，为从分子水平筛选和设计稳定的、不易挥发的蚜虫报警信息素类似物，进而用于控制蚜虫危害提供理论依据。

许多种蚜虫报警信息素的主要成分是(反)-β-法尼烯(EBF)。蚜虫在受到捕食或寄生性天敌威胁时，从腹管中分泌报警信息素使周围的同种个体能够迅速逃避敌害。蚜虫对报警信息素的感受依靠高度灵敏地化学感受系统。尽管像气味结合蛋白和气味受体等大量的化学感受基因已经从基因组中注释和鉴定出来，但是对蚜虫识别报警信息素的神经和分子机制却有待深入研究。本项研究通过比较基因组学鉴定和功能分析表明豌豆蚜气味受体家族成员ApisOR5与气味共受体ApisOrco共表达在豌豆蚜触角第六节大的板型感器神经元树突膜上，参与对EBF的识别。此外，利用RNA干扰技术敲低蚜虫体内气味受体ApisOR5和气味结合蛋白ApisOBP3和ApisOBP7基因，蚜虫丧失了报警行为。通过进一步的筛选发现类似物乙酸香叶酯同样可激活ApisOR5，并具有同EBF相似的驱避作用。综上所述，豌豆蚜ApisOR5对于EBF的识别至关重要，证实以EBF受体为靶标高通量筛选蚜虫驱避剂是可行性的，为发展新的蚜虫防治策略提供了新思路和新方法。