中国学者新发现:蝗虫反捕食有毒防御机制

【字体: 时间:2019年01月29日 来源:生物通

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  中国科学院动物研究所的KANG Le教授领导的一队科学家小组报道了一种前所未有的动物防御机制——嗅觉警戒信号可以转换为一种剧毒的化学物质,促进防御。

  

这一发现发表在2019年1月23日的《Science Advances》。

动物聚集是自然界中一种非常常见的具有重要生物学意义的现象。高密度的蝗虫形成庞大的蝗虫群,它们暴露于捕食者的风险极高。因此,群居蝗虫的有效防御策略对其生存和迁徙至关重要。

先前的一项研究表明,群居蝗虫可能会使用与食用植物有毒提取物相关的警告染色来防御捕食者。但是我们对蝗虫体内警戒信号和毒素的功能协调和生物合成却知之甚少。

通过化学分析,研究人员发现,苯乙氰(phenylacetonitrile,PAN)是一种主要的密度依赖性挥发性化合物,群居蝗虫的所有组织和体液中均可检测到,但在独居蝗虫中却不存在。行为分析排除了PAN对蝗虫聚集的影响。

通过转录组分析、RNA干扰介导的基因敲除和重氢标记化合物化学分析等方法,研究人员首次发现了一种新的细胞色素P450(CYP)基因——CYP305M2——在动物体内催化苯丙氨酸转化为PAN生物合成途径中的氧化反应。

他们发现该基因编码一种限速酶,其表达水平直接反应蝗虫种群密度变化。

为了检验PAN生产是否影响大山雀捕食,研究人员对有或无PAN的蝗虫进行了一系列选择和捕食试验。他们发现,大山雀拒绝攻击和食用PAN处理的单只蝗虫。

此外,与dsGFP注入蝗虫或PAN处理的dsCYP305M2注入蝗虫相比,dsCYP305M2注入蝗虫经常受到大山雀攻击,并优先被吃掉。

这些发现表明,群居蝗虫产生PAN信号抵御鸟类捕食,这是蝗虫的嗅觉警戒信号。

植物普遍存在生物合成氰化氢(HCN),但这种现象在动物中相对较少,在这里,研究人员首次发现,当蝗虫面临鸟类捕食者威胁时,体内存在一条全新的HCN生物合成途径,来自PAN前体的HCN显著促进了蝗虫防御。

因此,种群密度对PAN的生物合成的可塑性对优化蝗虫在不同环境条件下的防御策略至关重要。

研究结果改变了以往认定的PAN在蝗虫聚集中的角色,不仅深入地了解了捕食者与被捕食者之间的相互作用,而且为制定新的控制农业害虫爆发提供了新思路。

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原文检索:Phenylacetonitrile in locusts facilitates an antipredator defense by acting as an olfactory aposematic signal and cyanide precursor

(生物通:伍松)

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