《Molecular Ecology》：A Highly Expressed Odorant Receptor Detects the Aggregation Pheromone Rhynchophorol in the Invasive American Palm Weevil
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通过聚集信息素（aggregation pheromones）进行的通讯是许多象甲科（Coleoptera）物种行为和生态特征的基础。在昆虫中，信息素由特化的气味受体（odorant receptors, ORs）检测，这些受体称为信息素受体（pheromon
通过聚集信息素（aggregation pheromones）进行的通讯是许多象甲科（Coleoptera）物种行为和生态特征的基础。在昆虫中，信息素由特化的气味受体（odorant receptors, ORs）检测，这些受体称为信息素受体（pheromone receptors, PRs），通常高表达于触角中的嗅觉感觉神经元（olfactory sensory neurons）。然而，鞘翅目（Coleoptera）中的PRs仍研究不足，这限制了研究人员对其响应特征和潜在多重进化起源的理解。在本研究中，研究人员在美洲棕榈象甲（Rhynchophorus palmarum）中寻找PRs，这是一种对美洲油棕和椰子生产构成重大威胁的害虫物种，尚未有对其聚集信息素（2E）-6-甲基-2-庚烯-4-醇（rhynchophorol）响应的PR被鉴定。结合已发表的RNA-seq数据与本研究中生成的新数据，研究人员鉴定出两个在象甲触角中高表达的ORs，它们代表强候选聚集PRs。基于序列的结合口袋预测显示这两个ORs整体结构相似，但存在氨基酸差异，提示功能分化。利用非洲爪蟾（Xenopus）卵母细胞异源表达系统，研究人员证明RpalOR32对聚集信息素rhynchophorol显示出特异性和强敏感性，对几种结构相关化合物有微弱响应，而RpalOR25对信息素或寄主植物挥发物无响应。新鉴定的R. palmarum PR在系统发育上与先前在近缘种红棕榈象甲（R. ferrugineus）中鉴定的聚集PR相距较远，证实了象甲PRs的独立起源，即使在属水平上也是如此。
**论文解读：美洲棕榈象甲聚集信息素受体的鉴定与进化分析**
**一、研究背景与问题**
昆虫依赖化学通讯调控觅食、交配和产卵等行为，其中信息素（pheromones）是种内通讯的关键信号分子。气味受体（odorant receptors, ORs）是昆虫感知信息素的主要分子基础，通常表达于触角嗅觉感觉神经元（olfactory sensory neurons, OSNs）中，并与共受体Orco形成异源四聚体离子通道。已有的研究多集中于鳞翅目（Lepidoptera）性信息素受体（pheromone receptors, PRs），而鞘翅目（Coleoptera）PRs的研究十分有限，仅少数物种的聚集或抗聚集信息素受体被功能鉴定。美洲棕榈象甲（Rhynchophorus palmarum）是美洲地区油棕和椰子生产的毁灭性害虫，其幼虫直接取食导致棕榈死亡，并传播致死性红环线虫病。该象甲已入侵美国加利福尼亚州，雄性释放聚集信息素（2E）-6-甲基-2-庚烯-4-醇（rhynchophorol）吸引同种雌雄个体进行取食和交配。然而，此前尚未鉴定出响应rhynchophorol的PR，限制了对其通讯机制、物种分化及进化模式的理解，也阻碍了基于信息素调控的可持续防控策略开发。
**二、研究目的与内容**
本研究旨在鉴定美洲棕榈象甲中响应聚集信息素rhynchophorol的PR，并阐明鞘翅目PRs的进化轨迹。研究人员通过整合已发表的RNA-seq数据与新生成的触角转录组数据，注释了完整的OR序列，并结合系统发育分析、结构预测以及非洲爪蟾（Xenopus）卵母细胞异源表达系统，对候选受体进行功能表征。
**三、主要技术方法**
1. **触角转录组测序与OR注释**：采集自美国加州Sweetwater Reserve的30头雄性和25头雌性美洲棕榈象甲成虫触角，提取RNA后进行Illumina HiSeq 2000双端测序，利用CLC Genomics Server进行De novo组装和OR鉴定。
2. **系统发育分析**：基于6种甲虫（R. ferrugineus、R. palmarum、Ips typographus、Trypodendron domesticum、T. lineatum、Megacyllene caryae）的OR氨基酸序列，采用MAFFT比对，IQ-TREE进行最大似然法（ML）建树，ModelFinder选择最佳替代模型（JTT+F+R8），节点支持度通过1000次超快自举（UFBoot）评估。
3. **结构建模与结合口袋预测**：利用AlphaFold3生成RpalOR25和RpalOR32的3D结构，通过PrankWeb预测结合口袋，并与已发表的配体结合OR冷冻电镜结构进行比对，识别结合位点残基。
4. **功能表征**：将RpalOR25和RpalOR32与RpalOrco共表达于非洲爪蟾卵母细胞，采用双电极电压钳（TEVC）记录电流响应，筛选40种化合物（包括聚集信息素、结构类似物及植物挥发物），并构建rhynchophorol的剂量-响应曲线计算EC50。
**四、研究结果**
**3.1 Rhynchophorus palmarum OR注释**
新组装的转录组中鉴定出所有63个RpalORs和Orco，其中两个部分序列被补全，共获得41个完整OR序列，未发现新的OR。
**3.2 候选PR的选择**
分析表明，RpalOR32和RpalOR25是触角中表达量最高的两个OR，分别占Orco表达量的32.1%和31.8%，且均位于鞘翅目OR Group 7——该分支包含所有已鉴定的象甲科PRs。系统发育树显示，两者与I. typographus的PR ItypOR33构成亚支，但与其他聚集PR（如RferOR1、ItypOR45等）关系较远。
**3.3 候选PR的序列与结构分析**
RpalOR32与RpalOR25的氨基酸序列一致性为69.95%，AlphaFold3预测的整体结构相似（RMSD=1.12 ?）。结合口袋预测分别鉴定出25个和20个残基，其中10个保守残基位于口袋中心，而受体特异性残基位于外围，提示可能参与配体选择性差异。
**3.4 RpalOR32对聚集信息素Rhynchophorol具有选择性和高敏感性**
在非洲爪蟾卵母细胞中，RpalOR32/RpalOrco对rhynchophorol（10
-5 M）产生极强电流（平均9704.0 nA），显著高于其他化合物（Holm校正p<0.0001）。结构类似物如(E)-oct-2-en-4-ol等仅引起微弱响应（<1000 nA），而27种植物挥发物无响应。剂量-响应实验显示，检测限低至10
-9 M，EC50为1.779×10
-7 M，表明其高敏感性。
**3.5 RpalOR25对测试化合物无响应**
RpalOR25/RpalOrco卵母细胞对40种化合物均无响应，包括Orco激动剂VUAA1，提示该受体可能未成功表达或需其他辅助因子（如气味结合蛋白）才能实现功能。
**3.6 已鉴定的甲虫PRs进化分布**
总结所有21个已知甲虫PRs，其中13个象甲科PRs聚集于Group 7，而天牛科和鳃金龟科的PRs分布于Group 1、2、3。RpalOR32与ItypOR33形成新亚支，与同属近缘种R. ferrugineus的聚集PR（RferOR1）系统发育距离较远，支持多次独立起源。
**五、讨论与结论**
本研究发现RpalOR32是美洲棕榈象甲中首个响应其聚集信息素rhynchophorol的PR，其高表达、高选择性和高敏感性表明其在信息素感知中起核心作用。RpalOR25尽管表达量高且位于Group 7，但未检测到功能，可能因表达系统限制或需要其他细胞因子。系统发育分析揭示，在同一属内（Rhynchophorus），不同物种的聚集PR（RpalOR32与RferOR1）并非直系同源，而是独立起源，表明PR进化具有高度动态性。相反，Trypodendron spp.中直系同源PRs均响应相同信息素lineatine，体现了功能保守性。这种“功能保守与生态分化的双重模式”表明，棕榈象甲PR系统在保留祖先识别能力的同时，也通过物种特异性招募适应新信号。
研究结论：研究人员成功鉴定了美洲棕榈象甲中响应聚集信息素rhynchophorol的PR（RpalOR32），证实了鞘翅目PRs的多次独立起源，即使在属水平上也是如此。该结果显著推进了对R. palmarum信息素通讯分子机制、Rhynchophorus属信息素分化和物种形成以及象甲科PR进化的理解。同时，为开发PR引导的可持续防控策略奠定了基础，包括通过反向化学生态学设计新引诱剂，或构建基于OR的生物传感器用于田间早期监测害虫侵染。
