植物次生物質(zhì)是植物體內(nèi)經(jīng)過(guò)復(fù)雜的分支代謝途徑的產(chǎn)物，一般沒(méi)有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，但構(gòu)成不同植物特有的味道，進(jìn)而在植物防御中起到關(guān)鍵作用。植食性昆蟲(chóng)對(duì)植物的喜好程度取決于次生物質(zhì)的種類(lèi)和含量。農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)棉鈴蟲(chóng)（Helicoverpa armigera）雖然危害很多農(nóng)作物，但對(duì)不同作物的喜好程度、危害程度均不同，其中“苦味”的次生物質(zhì)的存在是決定幼蟲(chóng)是否偏好取食的關(guān)鍵因素。

10月8日，中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所王琛柱研究團(tuán)隊(duì)在PLoS Genetics上，發(fā)表了題為Functional analysis of a bitter gustatory receptor highly expressed in the larval maxillary galea of Helicoverpa armigera的研究論文。該研究揭示了棉鈴蟲(chóng)味覺(jué)受體HarmGr180是苦味物質(zhì)香豆素（coumarin）的受體，并參與幼蟲(chóng)對(duì)黑芥子苷（sinigrin）和馬錢(qián)子堿（strychnine）的感受。該論文的共同**作者陳燕和王沛超是中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)博士研究生，指導(dǎo)老師是王琛柱研究員。陳燕的博士論文課題主要研究棉鈴蟲(chóng)苦味受體的功能，王沛超的博士課題則主攻基因編輯技術(shù)在昆蟲(chóng)味覺(jué)方面的利用。該實(shí)驗(yàn)室的博士生張帥帥和李國(guó)成、博士后楊軍、**工程師黃玲巧等參與了本項(xiàng)研究。

該團(tuán)隊(duì)前期的轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，在棉鈴蟲(chóng)幼蟲(chóng)的口器上表達(dá)多種味覺(jué)受體（gustatory receptor，Gr），其中HarmGr180的表達(dá)量*高，故該團(tuán)隊(duì)將注意力放在這個(gè)受體上。當(dāng)把該受體基因在爪蟾卵母細(xì)胞表達(dá)后，研究通過(guò)雙電極電壓鉗記錄發(fā)現(xiàn)，表達(dá)HarmGr180的細(xì)胞特異地對(duì)香豆素有電生理反應(yīng)（圖1）。研究核實(shí)了幼蟲(chóng)口器上的味覺(jué)感器是否有對(duì)香豆素反應(yīng)的感器。研究利用頂端記錄發(fā)現(xiàn)，在幼蟲(chóng)口器的下顎外顎葉上，一對(duì)中栓錐感器對(duì)香豆素有電生理反應(yīng)，且香豆素可抑制另一對(duì)側(cè)栓椎感器對(duì)蔗糖的反應(yīng)。

為了剖析HarmGr180的在體功能，科研團(tuán)隊(duì)利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)構(gòu)建并獲得了棉鈴蟲(chóng)的HarmGr180純合突變體（HarmGr180-/-）。研究顯示，該突變體幼蟲(chóng)中栓錐感器失去了對(duì)香豆素的反應(yīng)，同時(shí)降低了對(duì)黑芥子苷和馬錢(qián)子堿的反應(yīng)，但不影響香豆素對(duì)側(cè)栓椎感器的抑制作用。進(jìn)一步的行為學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，盡管香豆素、黑芥子苷和馬錢(qián)子堿對(duì)突變體幼蟲(chóng)仍有一定的取食遏制作用，但取食遏制指數(shù)顯著降低。

科研人員從分子生物學(xué)、組學(xué)、電生理學(xué)、行為等角度揭示了棉鈴蟲(chóng)苦味受體HarmGr180的功能，這對(duì)增進(jìn)對(duì)植食性昆蟲(chóng)味覺(jué)感受分子基礎(chǔ)的認(rèn)知、研發(fā)害蟲(chóng)拒食劑具有重要意義。棉鈴蟲(chóng)苦味受體估計(jì)有180個(gè)，其中大多數(shù)的功能尚未知。該研究為后續(xù)研究工作奠定了基礎(chǔ)，并為其他植食性昆蟲(chóng)味覺(jué)研究提供了新視角。