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浙大學者發現褐飛虱的“祛黑奧秘”

發布時間:2019-08-07來源:浙大新聞辦作者:柯溢能756

體色對于自然界中的生物具有重要的意義,起到了擬態、保護、警戒等作用。昆蟲的體色也存在遺傳性和可塑性,造就了千姿萬態的昆蟲世界。褐飛虱是我國和許多亞洲國家當前水稻上的首要害蟲,這種昆蟲通常蟲體體色為黃褐色,但也經常會出現黑色個體,在維持其多樣性和生態適應性方面可能起著重要作用。

近日,浙江大學農學院的張傳溪教授和生科院周耐明教授團隊揭示了,一種名為elevenin的神經肽,在褐飛虱體色可塑性發育中發揮關鍵作用,是褐飛虱體壁黑化的抑制因子。

這項研究發現刊登在著名雜志《美國實驗生物學學會聯合會會刊》(FASEB Journal),論文第一作者為浙江大學農學院博士生王斯亮和王偉偉,通訊作者分別是農學院的張傳溪教授和生科院的周耐明教授。

最早國外科學家在軟體動物海兔的腹神經節的L11神經元中首次發現編碼Elevenin神經肽的基因的存在,目前elevenin在軟體動物(蝸牛等)、環節動物(沙蠶等)、節肢動物(鰲蝦、昆蟲等)中均有發現,但是有關的功能研究非常少。

研究人員對褐飛虱的elevenin基因進行敲減,發現若蟲會全部發育為黑色個體,而用人工合成了elevenin成熟肽注射后,下一齡體色又會由黑色恢復為黃褐色;對自然狀態黑色個體注射合成肽,同樣能使其發育為黃褐色個體。一正一反兩條驗證途徑,證明了elevenin是褐飛虱體壁黑化的抑制因子, 是褐飛虱的美白素神經肽

目前科研人員,對褐飛虱為什么會存在體色偏黑的個體還無法解釋。但是黑色通常是生物界的重要隱蔽色,就好像人們會穿黑色的“夜行衣”來隱藏自己。昆蟲會通過使自己的體色與周圍環境相近,從而躲避天敵,保護自己,比如綠色的毛毛蟲隱藏在綠葉中。在自然界中,光線照射產生的陰影廣泛存在,而黑色的個體可能更容易隱藏在陰影中保護自己。

其次,從黑色的物理特性考慮,可能具有增加熱量吸收的作用。在一些蛾類中,人們發現顏色偏黑的蛹,具有較高的體溫。在寒冷的環境中,黑色可能有助于昆蟲增加對外界熱量的吸收,維持新陳代謝等生命活動。

深入研究發現,elevenin對體色的調控是通過與體壁細胞上特異性受體G蛋白偶聯受體NlA42結合, 再與細胞內GqGs蛋白偶聯,激活下游PLC/Ca2+/PKC信號通路和AC/cAMP/PKA信號通路,進一步調控酪氨酸黑色素合成通路,從而最后使體色發生變化的。

王斯亮在接受采訪時說,本研究以褐飛虱為例,揭示了神經肽對昆蟲體色調控的分子機制,為內分泌調控體色可塑性提供了一個典型的例子,為后來的研究提供參考。

該研究得到了國家自然科學基金重點項目資助。

(柯溢能)

論文鏈接:https://www.fasebj.org/doi/abs/10.1096/fj.201802786RR

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