煙青蟲產(chǎn)卵器上嗅覺受體參與感受植物揮發(fā)物
大家好，好久沒有更新了萤皂，看這標(biāo)題撒穷，我老UC了。前幾天室里舉辦了研究生評優(yōu)答辯裆熙，感覺和大家的差距還是蠻大的端礼，無論是工作量還是思路上禽笑，我覺得自己還是要抓住生物學(xué)問題，而不是針對數(shù)據(jù)本身蛤奥，如何找到一個好的科學(xué)問題佳镜，似乎是解開一切問題最關(guān)鍵的地方。
好的凡桥，下面進(jìn)入正題蟀伸，今天分享的文獻(xiàn)是我們組李睿婷師姐剛剛發(fā)表在eLife上的文章[1]，首先恭喜師姐缅刽，接下來我將盡可能詳盡的介紹這篇文章望蜡，文章的專業(yè)性可能比較強，大家可以按需瀏覽拷恨。
煙青蟲屬于鱗翅目夜蛾科鈴夜蛾屬昆蟲脖律，主要取食煙草，辣椒等少數(shù)茄科植物腕侄，是我國的主要農(nóng)業(yè)害蟲本文主要研究煙青蟲雌性產(chǎn)卵器上嗅覺受體的表達(dá)以及幫助雌蛾尋找產(chǎn)卵寄主植物小泉。
Abstract：
通過對煙青蟲性信息素腺體-產(chǎn)卵器(PG-OV)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序，分析得到HassOR31高表達(dá)冕杠。
通過爪蟾卵母細(xì)胞結(jié)合雙電極電壓鉗的方式微姊，共注射HassOR31和HassORco，此嗅覺受體對所測試化合物中的12種有反應(yīng)分预，其中順-3-己烯丁酸酯(Z-3-hexenyl butyrate)反應(yīng)最強兢交。
這些反應(yīng)的化合物可以通過對產(chǎn)卵器進(jìn)行單感器記錄得到電生理反應(yīng)。
通過原位雜交實驗笼痹，HassOR31和HassORco在產(chǎn)卵器感器中存在共定位現(xiàn)象配喳。
通過產(chǎn)卵實驗，雌蛾在缺少觸角的情況下也會偏好于植物氣味化合物凳干，這表明HassOR31可以幫助煙青蟲定位產(chǎn)卵位置晴裹。
Introduction
昆蟲的嗅覺系統(tǒng)可以幫助其進(jìn)行取食，產(chǎn)卵救赐，交配涧团，尋找寄主植物等。觸角是昆蟲最主要的嗅覺感器经磅，下唇須和喙上也有嗅覺感器泌绣，近幾年發(fā)現(xiàn)昆蟲的產(chǎn)卵器上也有嗅覺感器的分布。嗅覺感器是一種多孔型的毛狀結(jié)構(gòu)预厌，嗅覺受體神經(jīng)元(OSN)的樹突延伸到感器的端部阿迈，而嗅覺受體(OR)就是一種位于樹突膜上的膜蛋白。OR是一種非典型的GPCR蛋白配乓，OR要發(fā)揮功能需要和ORco結(jié)合成異源二聚體仿滔，從而形成一個離子通道蛋白惠毁，來感受氣味化合物。下面是關(guān)于昆蟲嗅覺感器內(nèi)部的一個示意圖[2]崎页。
Results
Transcriptome sequencing and identification of chemosensory receptors in pheromone gland - ovipositor of Helicoverpa assulta
通過轉(zhuǎn)錄組測序鞠绰，得到22 ORs, 6 GRs, 13 IRs, and 9 iGluRs。其中HassOR31 and HassiGluR7表達(dá)量都很高飒焦，而HassORco表達(dá)量偏低蜈膨。
Tissue expression pattern of HassOR31
通過對雌雄觸角，雌性頭(去觸角)牺荠，胸翁巍，腹，前足休雌，翅膀以及性信息素腺體-產(chǎn)卵器進(jìn)行qRT-PCR驗證灶壶，結(jié)果可以驗證轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的可靠性。
Localization of HassOR31 and HassORco in the ovipositor
通過原位雜交實驗(雙標(biāo))杈曲，紅色地高辛標(biāo)記HassOR31驰凛，綠色生物素標(biāo)記HassORco，可以看到OR31與ORco確實存在共定位現(xiàn)象担扑，但是大多數(shù)情況下恰响，是分開表達(dá)的。
==Z-stacking== (also known as focus stacking) is a digital image processing method which combines multiple images taken at different focal distances to provide a composite image with a greater depth of field (i.e. the thickness of the plane of focus) than any of the individual source images.
Functional analysis of HassOR31 by Xenopus laevis oocytes
通過爪哇卵母細(xì)胞結(jié)合雙電極電壓鉗實驗涌献，篩選51種鈴夜蛾對其有行為或電生理反應(yīng)的化合物譜胚宦，主要包括綠葉氣味化合物(GLV)，萜類燕垃，脂肪族和芳香族化合物枢劝。最后有12種氣味化合物的反應(yīng)，其中順-3-己烯丁酸酯利术，順-3-己烯乙酸酯呈野，月桂烯，檸檬醛反應(yīng)較強印叁。單獨的HassOR31或者HassiGluR7則沒有反應(yīng)。
測試化合物：
Scanning electron micrographs (SEM) of the ovipositor of H. assulta and its associated sensilla
掃描電鏡的結(jié)果顯示军掂，產(chǎn)卵器上的感覺毛大致可以分為四類(A和B為整體圖)：
- C和D：感器長轮蜕，尖端，表面光滑無毛蝗锥，可能屬于機(jī)械感受毛
- E和F：感器短跃洛，基部內(nèi)陷到凹槽中，表面無孔终议，可能行使屬于機(jī)械功能
- G和H：感器長度與F汇竭，F(xiàn)差不多葱蝗，表面和頂部有孔，外形類似觸角上的毛型感器细燎，可能司味覺和嗅覺功能两曼，主要分布在產(chǎn)卵器中部。
- I和J：表面和頂部有孔玻驻，頂部孔大悼凑，外形類似觸角上的錐型感器，可能司味覺和嗅覺功能璧瞬。
Single sensillum recordings (SSR) of putative chemosensory sensilla
通過SSR來驗證這些感器是否起嗅覺作用户辫，選取17種HassOR31有反應(yīng)以及煙青蟲性信息素化合物進(jìn)行測試，可以看到大多數(shù)化合物都與石蠟油嗤锉，也就是反應(yīng)基線一致渔欢，而順-3-己烯丁酸酯則有明顯反應(yīng)，且呈劑量梯度瘟忱。
Oviposition preference of H. assulta female
總共有兩個產(chǎn)卵實驗膘茎，一個是圖A，將辣椒對稱放在一張金屬絲網(wǎng)的上面酷誓，分別將完整的和切掉觸角的交配后雌蛾放入籠子中披坏，看雌蛾的產(chǎn)卵情況，圖C和D展現(xiàn)的是完整的和切掉觸角雌蛾的產(chǎn)卵分布情況盐数。另一個實驗是圖B棒拂，將順-3-己烯丁酸酯溶于石蠟油中并放入一個橡膠頭中，再以石蠟油為對照放入另一個橡膠頭中玫氢，將這兩種橡膠頭分別放在假花的葉子上帚屉。
器官完整的，交配后的雌蛾對寄主植物辣椒的產(chǎn)卵偏好性高漾峡，去掉觸角后的雌蛾仍然對辣椒有產(chǎn)卵偏好性攻旦。將辣椒換成順-3-己烯丁酸酯，則雌蛾對順-3-己烯丁酸酯有產(chǎn)卵偏好性生逸，但完整和去掉觸角后的雌蛾在產(chǎn)卵偏好指數(shù)上沒有了差異牢屋。感受混合植物揮發(fā)物需要觸角和產(chǎn)卵器族扰，而感受順-3-己烯丁酸酯則只需要產(chǎn)卵器暴匠。
<img src="http://cdn.liguocheng.top/blog/20200522/UDvHLt8FrUzQ.png?imageslim" alt="Oviposition preference of the antennae amputated and intact mated females of H. assulta." style="zoom:80%;" />
Discussion
The function of HassOR31 expressed in the ovipositor
HassOR31的最佳配體是順-3-己烯丁酸酯缀皱，而HarmOR31最佳配體是月桂烯(myrcene)[3]蝎宇。2012年孫亞蘭師姐發(fā)表的文章[4]介紹了煙草頂空收集的化合物通過GC-EAD和GC-MS鑒定到了(E)-β-ocimene, octanal, (Z)-3-hexenyl acetate, (Z)-3-hexen-1-ol, nonanal, (Z)-3-hexenyl-2-methyl butyrate, decanal, linalool, and (E)-β-caryophyllene朦肘。
A gravid female moth takes ==two steps to find an oviposition site==: firstly, she smells the plant volatiles mainly by using antennae to search for a host plant, and secondly when she comes near to or land on the host plant, she integrates the information from olfactory sensilla as well as mechanical and contact chemosensory sensilla on the ovipositor to determine the precise oviposition sites on the host plants.
Large difference in expression of HassOR31 and HassORco in the ovipositor
在SSR反應(yīng)中侥衬，對順-3-己烯丁酸酯反應(yīng)的感器較少势篡，這可能反應(yīng)HassORco的表達(dá)量在產(chǎn)卵器中較低饶辙，但卻無法解釋HassOR31表達(dá)量很高的原因乾戏，其可能發(fā)揮除嗅覺外的其他功能迂苛。除了OR三热，GR和IR也在產(chǎn)卵器中有表達(dá)。
The features of chemosensory sensilla on the ovipositor
產(chǎn)卵器上的感器存在類似觸角毛形感器和錐形感器三幻，但頂端的孔較大就漾，符合味覺感器的特征，可能同時起到嗅覺和味覺的作用赌髓。但這些感器的SSR反應(yīng)卻比較弱从藤。
Conclusion
本實驗通過轉(zhuǎn)錄組，qRT-PCR锁蠕，原位雜交夷野，爪蟾卵母細(xì)胞功能鑒定，掃描電鏡荣倾，單感器記錄以及產(chǎn)卵實驗悯搔，從組學(xué)數(shù)據(jù)，分子實驗舌仍，形態(tài)學(xué)妒貌，電生理學(xué)，行為學(xué)等方面揭示煙青蟲產(chǎn)卵器上的HassOR31參與到嗅覺感受中铸豁，并影響其產(chǎn)卵行為灌曙。
未來的研究可以通過破壞產(chǎn)卵器上的相關(guān)感器看是否影響昆蟲行為以及通過CRISPR-Cas9敲除掉HassOR31來驗證其功能。HassOR31/HassORco所表達(dá)的嗅覺受體神經(jīng)元投射到terminal abdominal ganglion节芥，HassOR31在產(chǎn)卵行為上也需要進(jìn)一步研究在刺。
Reference
[1] Li, R.-T., Huang, L.-Q., Dong, J.-F., Wang, C.-Z., 2020. A moth odorant receptor highly expressed in the ovipositor is involved in detecting host-plant volatiles [WWW Document]. eLife. https://doi.org/10.7554/eLife.53706
[2] Pask, G.M., Ray, A., 2016. Chapter 6 - Insect Olfactory Receptors: An Interface between Chemistry and Biology, in: Zufall, F., Munger, S.D. (Eds.), Chemosensory Transduction. Academic Press, pp. 101–122. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801694-7.00006-8
[3] Di, C., Ning, C., Huang, L.-Q., Wang, C.-Z., 2017. Design of larval chemical attractants based on odorant response spectra of odorant receptors in the cotton bollworm. Insect Biochemistry and Molecular Biology 84, 48–62. https://doi.org/10/gbgwd3
[4] Sun, J.-G., Huang, L.-Q., Wang, C.-Z., 2012. Electrophysiological and behavioral responses of Helicoverpa assulta (Lepidoptera: Noctuidae) to tobacco volatiles. Arthropod-Plant Interactions. https://doi.org/10/ggwzp2
