《Journal of Insect Physiology》：A sex pheromone isomer modulates pheromone receptor sensitivity in Bombyx mori
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Kent Sato|Takeshi Fujii|Takeshi Sakurai|Yuji Sukekawa|Stephan Shuichi Haupt|Shigeru Matsuyama|Masatoshi Murai|Takao Nakagawa|Kazushige Touha
Kent Sato|Takeshi Fujii|Takeshi Sakurai|Yuji Sukekawa|Stephan Shuichi Haupt|Shigeru Matsuyama|Masatoshi Murai|Takao Nakagawa|Kazushige Touhara|Ryohei Kanzaki|Hidefumi Mitsuno
日本东京都153-8904，东京大学先进科学技术研究センター
摘要
Bombykol，即（E,Z）-10,12-十六碳二烯-1-醇，是家蚕中用于交配的独特性信息素成分。在所有检测过的家蚕品系中都存在EE-kol异构体，其在性信息素交流中的作用仍不清楚。先前的研究表明BmOR1与EE-kol的识别有关。在此，我们利用非洲爪蟾卵母细胞表达系统以及双电极电压钳记录技术重新评估了其功能。只有在极高浓度下，EE-kol才能在表达BmOR1的卵母细胞中引发内向电流，且反应强度远低于Bombykol。在高浓度的Bombykol存在下，共同添加EE-kol会以剂量依赖的方式降低Bombykol引发的电流，而植物来源的醇类则没有显著抑制作用。在触角层面，EE-kol引发的反应弱于Bombykol，而且Bombykol与EE-kol的混合物会使剂量-反应曲线向右移动，最大反应值几乎不变。这些结果表明EE-kol可作为BmOR1的部分激动剂，并竞争性抑制由Bombykol引发的反应。这些发现意味着某种高度保守的信息素异构体可能调节家蚕的性信息素受体敏感性。
引言
雌蛾会分泌并释放多种挥发性性信息素成分，从而在远处吸引同种的雄蛾（Ando等人，2004）。这些信息素混合物通常由主要成分和次要成分按物种特异性比例组成，这些比例和成分构成可用于区分同域分布的物种（Tumlinson等人，1974；Glover等人，1987；Schneider，1992；Wu等人，2013；Yang等人，2015）。鳞翅目昆虫的性信息素受体与其他气味受体不同，因为它们在雄性中表达更为活跃，且对配体的特异性很高（Zhang和L?fstedt，2015）。这类受体与气味受体共受体Orco一起形成异四聚体的配体门控阳离子通道（Nakagawa等人，2005；Benton等人，2006；Lundin等人，2007；Sato等人，2008；Jones等人，2011；Wang等人，2024；Zhao等人，2024）。虽然一些通用的气味受体能够识别多种化学信号，但性信息素受体则具有高度特异性，通常只对性信息素及其结构类似物产生反应（Zhang和L?fstedt，2015；Nakagawa等人，2005；Sakurai等人，2004；Mitsuno等人，2008；Yang等人，2022）。通过果蝇的空神经元系统以及非洲爪蟾卵母细胞表达系统等异源表达系统，已经确定了这些受体与配体的特异性（Zhang和L?fstedt，2015）。
家蚕是昆虫性信息素研究中最常被研究的模式生物之一。在这种昆虫中，仅需一种信息素成分就能引发寻找信息素源的行为，而大多数其他蛾类则需要多种成分按特定比例混合才能发挥作用。Bombykol，即（E,Z）-10,12-十六碳二烯-1-醇（图1顶部），是最早从家蚕雌性信息素腺中分离出的性信息素（Butenandt等人，1959）。BmOR1（家蚕气味受体-1）专门对Bombykol敏感（Nakagawa等人，2005；Sakurai等人，2004；Sakurai等人，2015）。值得注意的是，BmOR1是首个被明确功能特性的昆虫性信息素受体（Sakurai等人，2004）。
在之前的研究中，除了已知的第二种信息素腺成分（E,Z）-10,12-十六碳二烯醛（bombykal）（Kaissling等人，1978）之外，我们还在野生家蚕（Bombyx mandarina）以及16个家蚕品系的雌性信息素腺中发现了另一种成分，即（E,E）-10,12-十六碳二烯-1-醇（EE-kol）（图1底部）（Fujii等人，2020）。我们此前发现高浓度的EE-kol能引发家蚕雄性的行为反应。此外，在BmOR1基因敲除的家蚕品系中，这种对EE-kol的行为反应消失了，这表明BmOR1是识别EE-kol所必需的，其他受体并未参与其中。然而，早前的研究在异源表达的BmOR1中未能检测到对EE-kol的反应（Xu等人，2012a）。这种矛盾以及信息素腺中确实存在EE-kol的事实，使得有必要进一步研究BmOR1作为EE-kol受体的功能。
以往的研究主要通过野外诱捕实验，探讨了多种蛾类物种中性信息素异构体的影响。研究表明，某些信息素异构体能增强雄性的吸引力，后来还有一些被确认为性信息素混合物中的次要成分（Tumlinson等人，1974；Knutson等人，1998；Klun等人，1973）。相反，也有研究指出某些信息素异构体对吸引力没有影响甚至会起到抑制作用（Tamaki和Yushima，1974；Ideses等人，1982；Davis等人，1984；Witzgall等人，1993；Adati和Tatsuki，1999；McDonough等人，1996；Vanhove等人，2015；Uehara等人，2016）。对于Bombyx mandarina而言，野外诱捕实验显示，当Bombykol中混入超过10%的EE-kol时，被捕获的雄性数量会减少（Kuwahara等人，1984）。不过，BmOR1识别EE-kol的分子机制至今仍不清楚。
在本研究中，我们结合非洲爪蟾卵母细胞的异源表达系统与双电极电压钳记录技术，分析了BmOR1的功能，以探究异源表达的BmOR1是否会对EE-kol产生反应。此外，我们还利用电触角图技术检测了触角层面的反应。同时，我们通过用Bombykol与EE-kol的混合物刺激表达BmOR1的卵母细胞以及家蚕雄性的触角，研究了EE-kol的调控作用。
章节节选
动物饲养与化学品
本研究使用了从幼虫阶段开始饲养的家蚕杂交品系“Kinshu-Showa”。幼虫在24℃、16:8光照周期的环境中饲养，喂食SilkMate饲料（日本Nosan公司生产）。羽化后，家蚕在15℃环境下饲养，实验前一天再转移到24℃环境中。性成熟的非洲爪蟾（体重超过131克）从日本千叶县的Kato-S-Science公司购买。这些青蛙在20℃的受控环境中饲养，喂食商业配制的饲料。
EE-kol可引发表达BmOR1的卵母细胞中的内向电流
我们之前的体内和行为学研究提示BmOR1可能与EE-kol的识别有关。为了直接验证这一点，我们采用了非洲爪蟾卵母细胞异源表达系统与双电极电压钳技术相结合的方法。通过记录气味物质引发的内向电流来评估受体的功能。与先前的研究结果一致，表达BmOR1的卵母细胞对Bombykol有强烈的反应（图2A、C）。随着浓度的增加，Bombykol引发的内向电流也呈剂量依赖性地上升。
讨论
先前的研究表明，EE-kol异构体会由Bombyx mandarina的雌性信息素腺以及所有16个家蚕品系分泌，这说明这种信息素异构体在昆虫进化过程中一直存在（Fujii等人，2020）。不过，它在家蚕性信息素交流系统中的作用至今尚不明确。值得注意的是，高浓度的EE-kol能引发家蚕雄性的行为反应，而这种反应在
CRediT作者贡献说明
Kent Sato：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，可视化，验证，方法学，研究，正式分析，数据整理。Takeshi Fujii：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，方法学，数据整理，概念设计。Takeshi Sakurai：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，项目管理，研究，数据整理，概念设计。Yuji Sukekawa：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，方法学，数据
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
致谢
我们感谢京都大学的西冈隆明教授和宫岛秀人教授的宝贵建议。
资助
本研究得到了日本学术振兴会KAKENHI项目【项目编号：21K05613、21K19107、23KJ0739】以及BRAIN项目【项目编号：JPJ011937、04003A1a2】的资助。
