植物次生物質(zhì)是植物體內(nèi)經(jīng)過復雜的分支代謝途徑的產(chǎn)物，一般沒有營養(yǎng)價值，但構(gòu)成不同植物特有的味道，進而在植物防御中起到關鍵作用。植食性昆蟲對植物的喜好程度取決于次生物質(zhì)的種類和含量。農(nóng)業(yè)害蟲棉鈴蟲（Helicoverpa armigera）雖然危害很多農(nóng)作物，但對不同作物的喜好程度、危害程度均不同，其中“苦味”的次生物質(zhì)的存在是決定幼蟲是否偏好取食的關鍵因素。

10月8日，中國科學院動物研究所王琛柱研究團隊在PLoS Genetics上，發(fā)表了題為Functional analysis of a bitter gustatory receptor highly expressed in the larval maxillary galea of Helicoverpa armigera的研究論文。該研究揭示了棉鈴蟲味覺受體HarmGr180是苦味物質(zhì)香豆素（coumarin）的受體，并參與幼蟲對黑芥子苷（sinigrin）和馬錢子堿（strychnine）的感受。該論文的共同**作者陳燕和王沛超是中國科學院動物研究所、中國科學院大學博士研究生，指導老師是王琛柱研究員。陳燕的博士論文課題主要研究棉鈴蟲苦味受體的功能，王沛超的博士課題則主攻基因編輯技術在昆蟲味覺方面的利用。該實驗室的博士生張帥帥和李國成、博士后楊軍、**工程師黃玲巧等參與了本項研究。

該團隊前期的轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，在棉鈴蟲幼蟲的口器上表達多種味覺受體（gustatory receptor，Gr），其中HarmGr180的表達量*高，故該團隊將注意力放在這個受體上。當把該受體基因在爪蟾卵母細胞表達后，研究通過雙電極電壓鉗記錄發(fā)現(xiàn)，表達HarmGr180的細胞特異地對香豆素有電生理反應（圖1）。研究核實了幼蟲口器上的味覺感器是否有對香豆素反應的感器。研究利用頂端記錄發(fā)現(xiàn)，在幼蟲口器的下顎外顎葉上，一對中栓錐感器對香豆素有電生理反應，且香豆素可抑制另一對側(cè)栓椎感器對蔗糖的反應。

為了剖析HarmGr180的在體功能，科研團隊利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)構(gòu)建并獲得了棉鈴蟲的HarmGr180純合突變體（HarmGr180-/-）。研究顯示，該突變體幼蟲中栓錐感器失去了對香豆素的反應，同時降低了對黑芥子苷和馬錢子堿的反應，但不影響香豆素對側(cè)栓椎感器的抑制作用。進一步的行為學實驗表明，盡管香豆素、黑芥子苷和馬錢子堿對突變體幼蟲仍有一定的取食遏制作用，但取食遏制指數(shù)顯著降低。

科研人員從分子生物學、組學、電生理學、行為等角度揭示了棉鈴蟲苦味受體HarmGr180的功能，這對增進對植食性昆蟲味覺感受分子基礎的認知、研發(fā)害蟲拒食劑具有重要意義。棉鈴蟲苦味受體估計有180個，其中大多數(shù)的功能尚未知。該研究為后續(xù)研究工作奠定了基礎，并為其他植食性昆蟲味覺研究提供了新視角。