攝食行為是昆蟲生存與繁殖的核心保障，植食性昆蟲依賴精密的嗅覺與味覺系統(tǒng)識別寄主植物。通常，食物揮發(fā)物引導昆蟲遠距離覓食，接觸后味覺信號進一步確認食源適配性，但這兩種感官如何協(xié)同調控攝食偏好的遺傳機制長期不明。家蠶作為典型的植食性昆蟲，天然專一取食桑葉，其攝食行為的調控機制一直是昆蟲學與養(yǎng)蠶業(yè)關注的焦點。西南大學資源昆蟲高效養(yǎng)殖與利用全國重點實驗室團隊以家蠶廣食性突變體為研究對象，首次揭示了氣味受體與味覺受體協(xié)同調控昆蟲攝食偏好的分子機制，相關成果發(fā)表于Insect Science。
家蠶主要以桑葉為食，這種高度專一的攝食特性雖保障了進化穩(wěn)定性，卻給現代養(yǎng)蠶業(yè)帶來局限——依賴新鮮桑葉的傳統(tǒng)模式面臨土地資源減少、勞動力成本上升的挑戰(zhàn)。人工飼料養(yǎng)殖成為產業(yè)升級的關鍵方向，但野生型家蠶對人工飼料的適應性極差。
此前，研究團隊從600余個家蠶品系中篩選獲得廣食性突變體GS01，經35代連續(xù)選育，該品系不僅能100%攝食甘藍白菜，還可食用蘋果、馬鈴薯等多種非桑植物，對無桑人工飼料也表現出優(yōu)異適應性。更特別的是，GS01對桑葉的嗅覺特異性顯著降低，暗示其嗅覺與味覺系統(tǒng)可能發(fā)生了協(xié)同變異，為解析感官整合調控攝食行為提供了理想模型。
在味覺調控方面，分子定位發(fā)現染色體3上的味覺受體基因Gr66存在GS01特異性突變——編碼區(qū)有4個錯義突變和1個移碼突變，非編碼區(qū)存在5 kb轉座子插入和6 bp缺失，這些突變導致Gr66轉錄水平顯著降低。Gr66敲除實驗證實，該基因功能缺失后，家蠶可攝食甘藍白菜、蘋果等非桑植物，體重顯著增加，重現了GS01的廣食性表型，表明Gr66是抑制家蠶攝食非桑食物的關鍵基因。
在嗅覺調控方面，轉錄組分析鑒定出兩個關鍵氣味受體基因Or39和OrJ。測序顯示，GS01中Or39存在2 bp缺失、OrJ存在1 bp缺失，均導致基因發(fā)生移碼突變。單敲除或雙敲除這兩個基因后，桑葉勻漿對家蠶的嗅覺吸引力顯著下降，更多個體轉向甘藍白菜勻漿，與GS01的嗅覺表型一致，證明Or39和OrJ共同調控家蠶對桑葉的嗅覺特異性。
為驗證三者的協(xié)同作用，團隊構建了Gr66、Or39、OrJ三基因敲除品系。通過蟻蠶48小時疏毛率（反映對人工飼料攝食性和適應性的關鍵指標）檢測發(fā)現：Gr66單敲除系疏毛率（38.3%）顯著高于野生型（9.5%）；Or39、OrJ單敲除或雙敲除系疏毛率與野生型無顯著差異；而三基因敲除系疏毛率高達69.7%，顯著優(yōu)于Gr66單敲除系，但仍低于GS01（91.3%），提示可能存在其他未鑒定的調控基因。
該研究首次證實，味覺受體Gr66與氣味受體Or39、OrJ通過協(xié)同作用調控家蠶攝食行為：Gr66的核心功能是抑制非桑食物的攝食，其功能缺失為家蠶拓展食譜奠定基礎；Or39和OrJ則通過增強桑葉嗅覺特異性減少對非桑食物的探索，二者功能缺失可進一步提升廣食性。這種“味覺抑制解除 + 嗅覺特異性降低”的協(xié)同效應，共同拓寬了家蠶的攝食范圍并提高人工飼料適應性。
從進化角度看，該機制解釋了植食性昆蟲如何通過感官系統(tǒng)的精細調控平衡食源專一性與環(huán)境適應性；從應用價值而言，本研究鑒定的Gr66、Or39、OrJ為家蠶分子育種提供了關鍵靶標。通過基因編輯技術改造這些受體基因，有望培育出高效利用人工飼料的家蠶新品種，推動養(yǎng)蠶業(yè)從“依賴桑葉”向“人工飼料標準化”轉型，降低產業(yè)對土地和勞動力的依賴。
該研究不僅為昆蟲感官整合調控行為提供了直接遺傳學證據，也為其他植食性昆蟲的攝食機制研究提供了參考范式。未來有望進一步揭示家蠶攝食行為的多基因調控網絡，為農業(yè)害蟲防治與益蟲利用提供新的思路。
原文信息：
Zou, Y. L., Tang, Y. X., Li, W., Hu, H., Han, M. J., Tong, X. L. and Dai, F. Y. (2026) Odorant and gustatory receptors synergistically modulate feeding behaviors that underlie food preference and consumption in the silkworm. Insect Science, DOI 10.1111/1744-7917.70225.
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