來源： 中科院之聲

俗話說，母親最瞭解她的孩子，這對於昆蟲也同樣適用。雌性成蟲對她產卵地的選擇十分挑剔，總是把卵產在安全、對後代發育有利的地方。因爲許多昆蟲在幼蟲期的活動能力有限，這樣成蟲的產卵選擇對後代的繁衍就更加重要了。

衆所周知，在昆蟲的頭部長有一對“鼻子”——觸角。昆蟲用它來尋找寄主、識別配偶、躲避天敵。然而出人意料的是，中國科學院動物研究所的科學家最近發現，一種蛾子的尾部竟然也有“鼻子”的功能。這種蛾子叫煙青蟲，是我國的一種重要農業害蟲。煙青蟲雌蛾爲了保證其後代能在適宜的環境中長大，她們做了雙保險，除了擁有一對觸角感受氣味外，還利用腹部末端的產卵器來聞到植物氣味，把卵精確地產在合適的地方。

煙青蟲在產卵器上具有表達氣味受體HassO31/HassORco的嗅覺感受神經元，可以感受寄主植物的揮發物，引導其確認產卵位置

長久以來，昆蟲嗅覺專家的研究重心都集中在昆蟲的嗅覺器官觸角上。昆蟲感受氣味主要通過觸角上的嗅覺感覺毛來完成，每根毛內一般有兩個嗅覺感受神經元（OSNs）。這些神經元的樹突上有氣味受體（ORs）和協同氣味受體（ORco）共表達，在嗅覺感受中發揮至關重要的作用。一般認爲，昆蟲利用觸角輸入信號的引導下找到寄主，然後利用腹末的產卵器把卵產在寄主或附近。

昆蟲觸角上嗅覺感器和嗅覺感受神經元樹突上表達的氣味受體（圖片來源：Sanchez-Gracia A， Vieira FG， Rozas J.2009）

動物研究所王琛柱研究員領導的團隊長期以來針對我國重要農業害蟲的嗅覺和味覺機制進行研究。棉鈴蟲和煙青蟲是近緣種，但寄主範圍差異很大，棉鈴蟲能取食68個科的300多種植物，而煙青蟲只取食茄科的菸草和辣椒等少數幾種植物。煙青蟲雌蛾如何精準地找到寄主植物而產卵？這是他們最近想解答的問題。此前，他們的工作主要集中在對觸角的研究上。

在針對兩種昆蟲的轉錄組研究中，科學家意外發現一個氣味受體OR31在煙青蟲的產卵器中有很高表達，其表達量遠遠高於在觸角中的表達，而在棉鈴蟲沒有這種情況。他們開始好奇這個氣味受體到底幹什麼，懷疑產卵器是否也能“嗅”到氣味物質。於是，他們首先確認OR31在產卵器中是否與ORco共表達。利用雙色原位雜交方法，他們發現OR31和ORco在產卵器細胞中存在共表達的情況，具有完成嗅覺功能的分子結構。

雌性煙青蟲和煙青蟲產卵器的掃描電鏡圖片

那麼，OR31調諧的氣味物質是什麼呢？他們接着將OR31和ORco共表達於非洲爪蟾的卵母細胞中，結合雙電極電壓鉗技術，篩選出12種能夠引起細胞電流變化的配體化合物，其中順-3-己烯丁酸酯（Z-3-Hexenyl butyrate）最爲有效。

非洲爪蟾及其卵母細胞

通過掃描電鏡觀察，他們發現蛾子的產卵器上存在類似觸角上毛形感器的結構，其壁上除有一個頂孔外，還有很多微孔，確認這些感器不僅司味覺，還具有嗅覺的功能。進一步通過單感器記錄技術，明確這些配體氣味物質可以引起產卵器上一些毛形感器的電生理反應。

雙電極電壓鉗示意以及配體化合物使表達HassOR31和HassORco的爪蟾卵母細胞產生的電流變化

爲驗證雌蛾產卵過程中不只用到觸角的嗅覺功能，研究人員用辣椒的氣味處理產卵介質，比較切除觸角的雌蛾與正常雌蛾的產卵選擇反應。結果發現，切除觸角的雌蛾仍然偏好在有辣椒氣味的介質上產卵，儘管其偏好指數與正常雌蛾的相比有顯著降低。另一個產卵選擇實驗則直接用順-3-己烯丁酸酯處理產卵介質，發現切除觸角的雌蛾和正常雌蛾都偏好在其上產卵，且二者的偏好指數沒有差異，這說明雌蛾在感受寄主植物的氣味混合物時觸角和產卵器並用，而感受順-3-己烯丁酸酯時似乎主要由產卵器控制。基於以上結果，研究人員認爲在產卵器中表達的OR31具有嗅覺功能，有助於煙青蟲在爲數不多的寄主植物上精確地找到產卵位置。

全面系統地瞭解動物的嗅覺系統，無論對於基礎生物學還是實際應用都有非常重要的意義。這項工作突破了人們對嗅覺的傳統認識侷限，也會激發神經生物學家探索動物頭部器官以外的嗅覺通路。煙青蟲是一種只爲害菸草和辣椒的寡食性昆蟲，該研究發現不僅有助於我們瞭解植食性昆蟲寄主範圍的演變，還爲農業昆蟲學家防治害蟲提供了新的思路。