近缘嗜仙人掌果蝇物种间嗅觉变异的进化机制及其宿主适应性研究

这篇研究通过比较分析嗜仙人掌果蝇（Drosophila repleta species group）13个近缘物种的嗅觉感受器神经元（OSN）响应特征，揭示了宿主植物转换（从Opuntia到柱状仙人掌）过程中嗅觉系统的适应性分化。研究首次系统评估了该物种群触角感器（ab2/ab3）对仙人掌挥发物的响应模式，发现ab2B神经元响应谱的变异与柱状仙人掌专化性相关，为嗅觉驱动宿主适应性辐射提供了新证据。

　　

嗅觉变异驱动宿主适应性辐射

化学感受（Chemosensation）在宿主识别、产卵位点选择和配偶识别等行为中起关键作用。嗜仙人掌果蝇（Drosophila repleta species group）作为研究宿主适应性进化的经典模型，其物种群包含Opuntia专化种、柱状仙人掌专化种和广食性种三类宿主利用策略。该研究通过单感器记录技术（SSR）首次系统比较了13个物种触角感器ab2和ab3亚型对43种挥发物的响应特征，揭示了嗅觉系统在宿主转换中的进化机制。

保守与变异的嗅觉神经元

ab2感器中，ab2A神经元（表达高度保守的Or59b受体）响应谱在物种间保持稳定，而ab2B神经元则表现出显著分化。柱状仙人掌专化种（如D. parisiena、D. uniseta）的ab2B响应谱在系统发育PCA分析中形成独立聚类，可能与乙基己酸酯（ethyl hexanoate）等挥发物的敏感性改变相关。值得注意的是，anceps复合体中D. leonis（Opuntia专化种）对芳樟醇（linalool）及其氧化物的高敏感性，与其近缘柱状专化种D. anceps和D. nigrospiracula的响应缺失形成鲜明对比，暗示Opuntia挥发物感知的丢失可能是宿主转换的关键步骤。

ab3感器的进化动态更为复杂。ab3A神经元在D. melanogaster中特异性响应短链酯类（如ethyl butanoate），但在repleta物种群中该响应普遍减弱。尤其引人注目的是，柱状专化种D. uniseta的ab3A响应谱在PCA中显著偏离其他物种，而D. parisiena和D. anceps甚至缺失可检测的ab3感器，可能与Or85b受体基因丢失有关。这种感器亚型的退化现象，与Sophophora果蝇中D. sechellia的感官特化模式形成有趣类比。

宿主转换的化学生态学基础

研究通过系统发育比较分析发现，柱状仙人掌专化种的嗅觉响应谱呈现趋异进化特征，但未检测到单一挥发物响应率的定向选择信号。这表明宿主转换可能通过多化学信号协同调控实现，而非依赖单一"关键化合物"。柱状仙人掌富含三萜苷和生物碱等次生代谢物，其挥发物组成与Opuntia存在显著差异。研究推测，解毒通路（如细胞色素P450酶系）与嗅觉系统的协同进化，共同促成了宿主适应性辐射。

该研究为理解感官驱动适应性分化提供了新视角。后续研究可结合更多柱状专化种的嗅觉行为实验和挥发物组学数据，进一步解析化学信号组合在宿主选择中的作用机制。