記者從中國農業科學院了解到，近日，該院植物保護研究所抗蟲功能基因研究與利用創新團隊與農業基因組研究所、挪威科技大學、德國馬克斯．普朗克研究所等中外研究機構，聯合在《國家科學評論（NationalScienceReview）》上在線發表研究論文。該研究發現了二氧化碳（CO2）作為關鍵化學信號調控棉鈴蟲的產卵行為，并對三個味覺受體共同介導棉鈴蟲對CO2的感知和行為響應的分子和神經機制進行系統闡述，擴展了對CO2生態學意義的認識。
昆蟲作為地球上多樣性最豐富的生物類群，在生態系統中具有不可替代的作用，其生命活動對大氣中CO2濃度的變化異常敏感。多種昆蟲已進化出特定的味覺受體來感知CO2濃度變化，進而影響其覓食、避害等行為策略。然而，CO2如何調控昆蟲繁殖行為（尤其是產卵行為）這個關鍵科學問題尚未明確。
據介紹，該研究發現棉鈴蟲利用植物釋放的CO2作為產卵信號，優先選擇CO2濃度較高的幼嫩葉片產卵。這一產卵策略可以顯著提升后代適應性，表現為后代幼蟲生長發育速率和存活率顯著提高。當模擬未來大氣環境將CO2濃度升高至1000ppm條件時，雌蟲對幼嫩葉片的產卵偏好性顯著降低，揭示了CO2濃度上升對昆蟲種群繁衍的潛在影響。
進一步對CO2調控產卵行為的機制進行研究，科研人員成功鑒定出下唇須中特異性表達的三個味覺受體（HarmGR1、HarmGR2、HarmGR3）共同介導了棉鈴蟲對CO2的感知，受體激活引起的外周信號投射至觸角葉的下唇須陷窩器嗅小球，并進一步傳遞至大腦的高級神經中樞，引起CO2響應行為。利用CRISPR／Cas9基因編輯技術敲除任一受體都會導致棉鈴蟲喪失CO2感知能力，進而破壞其基于CO2梯度選擇最優產卵位點的行為策略。
該研究運用生物化學、神經生物學、電生理學、行為學和基因敲除等研究手段，從分子、神經和行為學多層面全方位解析了CO2調控棉鈴蟲產卵行為的機制，并深入探討了這一機制在昆蟲和植物互作中的生態學意義。研究為大氣CO2濃度變化對昆蟲繁殖行為的影響提供了有力證據，對預測氣候變化下的生物多樣性變遷具有重要理論價值，也為全球溫室效應下的農業害蟲防控提供了新思路。
