對一次產卵成百上千粒的黏蟲媽媽來說，夾縫并不憋屈，那是寶寶們最安全的窩。黏蟲的一生就是從夾縫生存開始的。
那么問題來了，黏蟲媽媽是如何在復雜環境中找到“安全產房”的？
近日，中國農業科學院深圳農業基因組研究所（以下簡稱基因組所）研究員王桂榮課題組在《細胞報告》發表研究論文，揭示了東方黏蟲雌蛾通過觸覺選擇安全產卵位置的生存策略。
該研究為農業害蟲防控提供了新思路：通過干擾害蟲的機械感知能力，減少其繁殖成功率，從而保護農作物。
論文審稿人認為，該研究系統解析了東方黏蟲在狹窄縫隙產卵行為的生態學意義和分子、神經機制，讓人們對該害蟲的影響和傳播有了更深入的了解，是一個令人興奮的科學發現。
為免“團滅”，蟲媽媽產卵有妙招
找到安全產卵地點，是蟲媽媽繁衍后代的頭等大事。
論文共同第一作者、基因組所博士后馬百偉告訴《中國科學報》，為了躲避天敵攻擊，昆蟲媽媽擁有多種多樣的產卵策略，棉鈴蟲媽媽將卵散產于葉表避免被團滅、草地貪夜蛾媽媽堆積產卵并覆蓋鱗片加以防護，而東方黏蟲媽媽則產卵于狹窄縫隙。
東方黏蟲是中國重大農作物害蟲之一，主要危害小麥、水稻、玉米、谷子、高粱、糜子等禾谷類作物。對東方黏蟲來說，最大的危險之一是它們的天敵——赤眼蜂。
赤眼蜂是昆蟲界的“卵寄生殺手”，它們會把卵產在別的昆蟲，尤其是害蟲的卵里面，幼蟲以害蟲的卵為食。東方黏蟲的卵若暴露在開闊處，很容易被赤眼蜂定位、寄生甚至團滅。
東方黏蟲雌蛾當然不會“束手就擒”，它們練就了一項令人驚嘆的本領：把蟲卵產在狹窄縫隙中，構筑一道物理屏障，防止赤眼蜂寄生蟲卵。
“科研人員很早就觀察到這一現象，但沒有解析這一現象背后的行為調控機制。”論文通訊作者王桂榮說。
0.5毫米：“夾縫”閾值
王桂榮團隊模擬了不同的產卵環境，觀察和分析東方黏蟲雌蛾的產卵行為。
他們首先用折疊紙縫模擬了雌蛾的產卵環境，發現雌蛾幾乎把所有卵都產在縫隙里。隨后，他們將這些蟲卵置于赤眼蜂活動的環境下。結果顯示，紙縫內封閉的卵存活率超95%，而暴露在外的卵95%以上被寄生。
“既然東方黏蟲產卵于縫隙，那么縫隙側壁必然給黏蟲產卵器壓力。”論文共同第一作者、中國農業大學教授張立偉說。由于紙具有彈性，無法量化黏蟲如何評估縫隙壓力。于是他們用剛性材料制作了11種寬度的縫隙，跨度從0.1到1.1毫米，結果發現雌蛾尤其偏愛0.5毫米的窄縫，回避了極窄或極寬的縫隙。
東方黏蟲媽媽是如何“精準定位”到合適縫隙的呢？
這一問題引發了王桂榮團隊的好奇。
“是一次很偶然的發現。”馬百偉說，東方黏蟲通常在晚上產卵，但某天早上，他來到養蟲室時卻注意到有一只東方黏蟲雌蛾不停地用產卵器尋找縫隙產卵，他小心地把這只雌蛾移動到顯微鏡下，發現雌蛾探測縫隙時與縫隙直接接觸的是產卵器上面的鬃毛。
“東方黏蟲是不是用鬃毛尋找產卵地？”馬百偉想。他把這一猜測告訴了王桂榮，很快，兩人就設計好了下一步實驗。
“我們把東方黏蟲雌蛾產卵器上的鬃毛切除了，就發現它們沒辦法尋找縫隙了，產卵位置變得隨機。”馬百偉說，雌蛾在縫隙內的產卵率從99.9%暴跌至21.0%。盡管總產卵量未受影響，但由于蟲卵大多暴露在開放區域，卵的被寄生率升高了近20倍。
由此，王桂榮推測：產卵器鬃毛是東方黏蟲雌蛾感知產卵縫隙的關鍵感器，這些鬃毛通過感知機械壓力判斷縫隙寬度是否合適。
他解釋說，當鬃毛接觸到縫隙兩側時，會受到擠壓，這種擠壓產生的機械壓力會被機械感覺相關受體感知到。壓力越大，說明縫隙越窄；壓力越小，說明縫隙越寬。這樣雌蛾就能判斷出縫隙是否適合產卵。
“特殊鬃毛”的秘密
研究團隊已經從昆蟲行為中找到了答案，但要想實現害蟲綠色防控還必須從分子機制上尋找方法。
“我們想找到相關的機械感覺受體基因。”王桂榮說，根據相關基因的序列指導設計、研制和開發相應的RNAi農藥，干擾害蟲的產卵行為，讓它們沒辦法在植物縫隙里產卵。這樣就致使大部分卵暴露，再釋放赤眼蜂消滅害蟲的卵，從而達到綠色防控的目的。
論文共同第一作者、中國農業科學院植物保護研究所博士后艾東介紹，他們進一步對產卵器鬃毛區進行轉錄組測序和熒光原位雜交。結果發現，壓電蛋白Piezo在產卵器鬃毛中高表達。
利用基因編輯技術敲除Piezo基因后，突變體黏蟲的產卵位置變得隨機，其產卵器鬃毛也喪失了對機械擺動刺激的響應。赤眼蜂寄生卵試驗結果表明，敲除Piezo基因的突變體黏蟲產的卵無法抵抗被寄生的風險。
“也就是說，敲除Piezo基因后，雌蛾喪失縫隙識別能力，隨機產卵導致卵被寄生率飆升14.4倍。這和切除鬃毛實驗得到的結果幾乎一樣。”王桂榮說，雌蛾產卵器上表達壓電蛋白的“特殊鬃毛”才是它們能夠精準定位安全產卵位置的關鍵。
該研究從分子、神經和行為水平解析了東方黏蟲偏好產卵于狹縫的機制，為機械感覺通路介導產卵位置選擇行為提供證據和實例。
王桂榮表示，傳統農藥易引發抗藥性和環境污染，干擾害蟲的機械感知能力是一種綠色防控思路。RNAi干擾劑阻斷Piezo的功能，可迫使害蟲在暴露位置產卵，顯著提升天敵寄生效率，從而實現對害蟲的綠色防控。
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