幼虫与成虫感觉系统分化：绿蝇腐肉感知的发育阶段特异性机制

为解决羊蝇蛆病防治中幼虫宿主定位机制不明的问题，研究人员通过RNA-Seq分析绿蝇（Lucilia cuprina）不同发育阶段及组织的基因表达谱，结合CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除气味受体共受体基因LcupOrco。研究发现幼虫依赖ABC转运蛋白和OBP蛋白感知腐烂牛肉，而成虫需功能性Orco受体，揭示幼虫与成虫采用独立感觉通路。该成果为开发幼虫特异性靶向防治策略提供理论基础。

　　

论文解读

羊蝇蛆病（myiasis）作为畜牧业毁灭性病害，每年造成巨额经济损失。其病原体绿蝇（Lucilia cuprina）幼虫通过群体寄生模式啃食活体羊组织，形成深度创口甚至导致宿主死亡。传统杀虫剂因抗药性问题逐渐失效，亟需开发基于行为调控的新型防治策略。然而，幼虫宿主定位的分子机制长期悬而未决——成虫依赖嗅觉受体（ORs）感知腐烂组织挥发物已明确，但幼虫是否共享相同机制存疑。这一认知缺口严重阻碍了靶向幼虫的精准防治技术开发。

为破解这一难题，杜克大学医学中心（Duke University Medical Center）的研究团队开展了一项跨发育阶段的综合研究。通过对比绿蝇幼虫与成虫的感觉系统，他们发现：幼虫采用完全独立于成虫的化学感知通路。具体而言，幼虫依赖ATP结合盒转运蛋白（ABC transporters）和气味结合蛋白（OBPs）检测腐烂牛肉信号，而成虫则需功能性气味受体共受体Orco（Odorant coreceptor）。这一突破性成果发表于《Parasites & Vectors》，为"分阶段靶向"的害虫防控策略奠定理论基础。

关键技术方法

研究采用多组学与基因编辑结合的策略：

1. 跨发育阶段RNA-Seq：分析L1-L3幼虫全虫及L3头部、肠道转录组，筛选高表达感觉基因；
2. CRISPR/Cas9基因编辑：构建LcupOrco功能缺失突变体，验证其对感觉行为的影响；
3. 双选择行为实验：测试突变体幼虫/成虫对新鲜与腐烂牛肉（25±1℃ vs 33±1℃）的趋性差异；
4. 系统发育分析：比对ABC/OBP基因家族在双翅目中的进化特征。

研究结果

1. RNA-Seq揭示幼虫感觉系统特异性

通过L1-L3全期及L3头部（H）、肠道（G）组织的转录组分析（阈值TPM≥5），发现：

• 感觉受体表达谱分化：幼虫头部高表达49种ABC转运蛋白和25种OBPs，而ORs、GRs（味觉受体）、IRs（离子型受体）表达量极低（TPM<0.5）。尤为关键的是，成虫嗅觉核心元件LcupOrco在幼虫中几乎无表达（TPM<0.5），与其在成虫触角中的高表达（TPM>900）形成鲜明对比。
• ABC亚家族功能分工：系统发育分析显示ABC-G亚家族在绿蝇中显著扩张（图1）。其中：
  • Lcuppixie（ABCE亚类）在L1/L2期高表达，参与蛋白质翻译；
  • ABC-G成员（如white/scarlet）在L2/L3期富集，介导脂质运输；
  • ABC-H成员（如osy/snu）在头部特异性表达，调控角质层脂质沉积。
• OBPs的发育调控：OBP39-44基因簇在L3期头部显著高表达（图6），与脂肪体代谢相关，而同家族OBP50/52则在L1/L2期主导，可能结合保幼激素（JH）。

2. Orco基因编辑验证感觉通路差异

利用CRISPR/Cas9技术构建LcupOrco突变体（图7），其蛋白因8-bp缺失导致C端截短（73 vs 478氨基酸），丧失与ORs的 dimerization（二聚化）能力：

• 幼虫行为无影响：双选择实验中，突变体幼虫（n=120）与野生型均显著偏好25℃腐烂牛肉（P=0.66），且体重无差异（图8A-D）；
• 成虫嗅觉缺陷：突变雌蝇（n=174）对腐烂牛肉的趋性丧失，非选择（NC）比例显著升高（P<0.0001）（图9B-C）。

3. 非感觉基因的生理意义

幼虫头部富集角质层形成基因（yellow, ebony）及蜕皮激素（EH），表明其参与口器硬化；肠道高表达胰蛋白酶（trypsin-1）和脂肪酶（lipase-3），印证其对肉类食物的消化适应。

结论与意义

本研究首次揭示绿蝇幼虫通过ABC-OBP通路感知腐烂宿主组织，完全独立于成虫的Orco依赖嗅觉系统（图1）。这一发现具有双重意义：

1. 理论层面：突破"昆虫发育阶段共享感觉通路"的传统认知，确立幼虫感觉系统的独立性；
2. 应用层面：ABC/OBP靶点为开发幼虫特异性调控剂提供新方向，避免干扰成虫生态功能（如传粉），推动羊蝇蛆病的可持续治理。

未来研究可聚焦ABC-G亚家族（如ABCG4/6/7）的配体筛选，或基于OBP39-44基因簇设计分子干扰剂，为新一代"幼虫精准靶向"防治策略铺平道路。