为什么蚕只爱吃桑叶？中科院科学家揭示其中奥秘

“陌上柔桑破嫩芽，东邻蚕种已生些。”栽桑养蚕在我国有着悠久的历史，在传统的蚕业生产链中，栽桑和养蚕密不可分，因为桑叶是家蚕的唯一食物来源。为什么“蚕宝宝”只爱吃桑叶？日前，这个千百年来萦绕在人们心中的疑问终于有了答案。

 

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团队研究发现一个苦味受体基因可以决定家蚕的桑叶专食性。相关研究2月28日在《公共科学图书馆·生物学》(PLOS Biology)在线发表。

 

“萝卜青菜，各有所爱”。谭安江研究员告诉《中国科学报》记者，昆虫的取食偏好和对食物的选择具有高度多样性，而植食性昆虫的取食行为主要是由其化学感受体系（嗅觉和味觉）决定的。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起到了非常重要的作用。

 

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，目前功能得到鉴定的“味觉受体”数量也非常少。谭安江坦言：“虽然存在家蚕的一些突变体可部分取食其它植物叶片，但决定家蚕桑叶专食性的分子基础及相关的基因一直没有得到揭示和鉴定。”

 

家蚕有76个“味觉受体”基因，分布在16条染色体上。研究人员根据前期的研究线索，针对位于三号染色体上的唯一“味觉受体”基因GR66开展了功能分析，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。

 

研究发现，苦味受体基因GR66在家蚕食物选择中起到的决定性作用。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。这些“蚕宝宝”开始出现“味盲”现象，除了桑叶以外，还爱吃苹果、梨、玉米、大豆、花生甚至面包等“零食”了，而对照组野生型（wild type）“蚕宝宝”只吃桑叶或含有桑叶成分的人工饲料。基于以上实验依据，研究人员判断，GR66是“蚕宝宝”的一个取食抑制因子，突变后抑制作用消失，导致“蚕宝宝”可以无差别地取食桑叶及其它食物。

 

该研究为昆虫食性以及植物-昆虫互作研究提供了新的视角。审稿专家认为“这是一个非常有趣的研究案例，实验设计策略值得称道，为未来在其他昆虫上的研究奠定了基础。”该研究提供了“许多有价值的数据”，有利于进一步对单食性或者寡食性的食草动物的适应机制进行研究。

 

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。谈及研究的应用价值，谭安江说：“我们的研究或许能为传统产业升级提供思路。”他进一步解释：“冬季没有新鲜的桑叶，很多厂家用含有桑叶粉的人工饲料喂养，成本高。如果今后能‘去桑叶化’养蚕，开发规模化的人工饲料，那么成本将会降低。”他表示，为培育适合工厂化饲养的家蚕新品种提供理论基础，也是研究团队未来努力的方向之一。