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蚕宝宝为何只爱吃桑叶?上海科学家的研究或可改掉家蚕“挑食”坏

归档日期:05-06       文本归类:桑叶      文章编辑:爱尚语录

  新民晚报讯(记者 董纯蕾)每一个有蚕宝宝作伴的孩子背后,都有到处寻觅桑叶的爸爸妈妈。小朋友们可曾想过,蚕宝宝为何如此“挑食”,为何对桑叶“情有独钟”?上海科学家今天发表的一项最新研究成果,或许可以揭开其中的奥秘。今后,蚕宝宝的“食谱”或许也可以丰富起来。

  中科院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所的谭安江研究组,通过设计巧妙的实验,首次发现了决定家蚕桑叶专食性的主效基因。正是这个学名为“GR66”的苦味受体基因,决定了家蚕仅取食桑叶。

  辛弃疾曾有词云:“陌上柔桑破嫩芽,东邻蚕种已生些。”栽桑养蚕的传统生产方式在我国历史悠久,栽桑和养蚕由古至今都密不可分。众所周知,桑叶是家蚕的唯一食物来源。但是,为什么呢?为什么家蚕只取食桑叶?这却是一个久久不曾获解的科学问题。虽然有报道称家蚕的一些突变体可部分取食其它植物叶片,但是,决定家蚕桑叶专食性的分子基础及相关基因始终是未知数。

  与人一样,昆虫的食物选择和取食偏好具有高度多样性。其中,植食性昆虫的取食行为主要由其化学感受体系(即嗅觉和味觉)决定。数量众多的嗅觉受体和味觉受体基因,在植食性昆虫的宿主植物定位及可食性鉴别等过程中,扮演了非常重要的角色。其中,相对于嗅觉受体的研究,味觉受体的作用机理复杂,其研究相对滞后,目前已获功能鉴定的味觉受体也屈指可数。

  家蚕有76个味觉受体基因。谭安江研究组,对位于三号染色体上的唯一味觉受体基因GR66开展了精密的功能分析,并利用转基因和CRISPR/Cas9等基因编辑手段获得了其纯合突变体。于是,在选择性对照实验中,科研人员看到:在正常饲养条件下,GR66突变体的生长发育没有受到任何影响,但其食性发生了显著的变化——突变体幼虫不再是非桑叶不吃,还可以取食苹果、梨、玉米、大豆、花生甚至面包等多种野生型家蚕拒食的食物,突变体五龄幼虫甚至不再挑食,可以无差别地取食桑叶和其他食物,而野生型家蚕只肯取食桑叶或含有桑叶成分的人工饲料。研究团队因此推测GR66是家蚕针对非宿主植物的一个取食抑制因子,该基因突变后,其抑制作用消失,家蚕便不再盯着桑叶(即家蚕的宿主植物)吃了。

  帮家蚕“改”掉“挑食”的“坏习惯”,意义可不小。要知道,随着现代农业的发展,由于土地资源的限制、季节性的影响以及人力成本的上升,桑叶的供应已成为制约规模化和工厂化养蚕的重要因素。上海科学家的这项最新研究成果,为今后持续规模化养蚕的去桑叶化、大幅度降低人工饲料成本、培育适合工厂化饲养的家蚕新品种奠定了坚实的理论基础。

  北京时间2019年2月28日,国际学术期刊PLOS Biology(《美国科学公共图书馆·生物学》)在线发表了中科院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所谭安江研究组的研究论文,首次报道了一个苦味受体基因可以决定家蚕的桑叶专食性。

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