果蝇产卵偏好演化的嗅觉机制：Orco通路抑制黑腹果蝇对成熟果实挥发物的吸引

本刊推荐：为解析果蝇产卵宿主选择差异的机制，研究人员通过行为学实验、突变体分析和活体钙成像技术，发现己酸与丁酸甲酯混合挥发物可特异性吸引铃木果蝇产卵，而在黑腹果蝇中该吸引作用被Orco依赖的嗅觉通路抑制。该研究揭示了嗅觉信号整合在生态适应性演化中的新机制，为害虫防治提供新靶点。

　　

在自然界中，昆虫寻找合适宿主产卵的过程往往依赖于嗅觉系统的精准调控。果蝇属(Drosophila)物种多数选择腐烂果实产卵，因其富含酵母菌可为幼虫发育提供必需营养。然而铃木果蝇(D. suzukii)却演化出独特习性——偏爱在未损伤的成熟果实上产卵，这种宿主转移行为使其成为全球性小浆果害虫。与黑腹果蝇(D. melanogaster)等近缘种相比，铃木果犁具备特化的产卵器结构可刺破果皮，但此前研究表明其嗅觉系统演化同样关键。两类果蝇对成熟草莓挥发物的行为反应截然相反：铃木果蝇被强烈吸引，而黑腹果犁却表现为回避或中立。这种差异背后的神经机制与演化动力成为亟待解析的科学问题。

为系统解析这一现象，研究团队整合行为实验、遗传操作与神经功能成像技术。他们采用双选择产卵实验（10只雌蝇/重复）评估果蝇对天然草莓泥与23种单一合成挥发物的偏好；利用Orco、Ir8a、Ir25a突变体及神经元沉默技术（UAS-Kir2.1）确定受体通路功能；通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）量化挥发物释放动力学；最后借助活体钙成像（Orco-Gal4>UAS-GCaMP7s）记录触角叶glomeruli对气味刺激的反应模式。所有统计学分析均采用R语言完成，包括Wilcoxon符号秩检验、Mann-Whitney U检验及广义线性模型等。

关键化合物筛选揭示行为分歧核心刺激

通过测试草莓挥发物成分，发现己酸(hexanoic acid)和丁酸甲酯(methyl butyrate)的二元混合物能复现物种间行为差异：铃木果蝇显著被吸引（p<0.01），而黑腹果蝇无偏好或回避（图2D）。剂量实验表明单一化合物在两物种中引发相似反应，但混合后黑腹果蝇吸引力消失（图2B-D）。该混合刺激还能促进铃木果蝇产卵速率（图S2C），且在其他果蝇物种（如D. biarmipes、D. eugracilis）中同样保守（图2E）。

嗅觉受体通路的功能分化

遗传实验揭示Orco突变使黑腹果蝇从回避逆转为显著吸引（p<0.001），证明其存在Orco依赖的抑制通路（图1C）。相反，铃木果蝇Orco突变体行为未受影响（图3C），暗示离子型受体(IR)介导吸引。进一步实验证实己酸吸引力依赖IR通路（Orco突变体仍被吸引），而丁酸甲酯需OR通路（Orco突变体吸引力消失）（图3A-B）。IR共受体突变（Ir8a、Ir25a）不影响混合刺激反应，表明可能存在冗余机制（图3D）。

触角叶神经表征的保守性

钙成像显示两物种在6个相同glomeruli（DM1、DM2、DM3、DM5、DM6、VA2）对混合刺激产生反应（图4A）。定量分析仅发现细微差异：黑腹果蝇DM3和VA2 glomeruli对混合刺激反应更强（p<0.05），但对单一化合物（如丁酸甲酯）的反应模式相似（图4B-C），表明神经元层面感知整体保守，行为差异可能源于高级中枢整合。

本研究揭示了一种新颖的嗅觉调控机制：黑腹果蝇通过Orco依赖通路抑制对成熟果实关键挥发物（己酸+丁酸甲酯）的吸引，而铃木果犁缺乏该抑制从而适应新鲜果实产卵。这种机制可能通过以下方式实现：OR激活招募局部中间神经元（LN）抑制IR通路信号，或直接触发回避行为。研究强调嗅觉演化不仅限于受体敏感性改变，更涉及中枢神经回路的重新布线。该发现为理解昆虫宿主转移的神经基础提供范式，并为开发铃木果犁特异性行为调控策略提供靶点（如阻断吸引通路或增强抑制通路）。未来研究需解析具体OR受体身份及其下游神经环路演化差异。