为什么蚕只爱吃桑叶？中科院科学家揭示其中奥秘

GR66突变的“蚕宝宝”改变了饮食，正在吃苹果(谭安江提供)

“陌生人身上柔软的桑树破了嫩芽，东邻的蚕卵已经诞生了。”桑树种植和养蚕在我国有着悠久的历史。在传统的蚕桑生产链中，桑植和养蚕密不可分，因为桑叶是蚕唯一的食物来源。为什么“蚕宝宝”只喜欢桑叶？几天前，这个困扰人们几千年的问题终于有了答案。

中国科学院植物生理生态研究所分子植物科学研究中心的谭安江团队发现，苦味受体基因可以决定蚕桑叶的特殊膳食。相关研究发表在2月28日的《公共科学图书馆生物学》在线版上。

"萝卜和青菜，各有所爱。"研究员谭安江告诉《中国科学》记者，昆虫的食性和食物选择具有高度的多样性，而食草昆虫的进食行为主要由它们的化学感觉系统(嗅觉和味觉)决定。大量的“嗅觉受体”和“味觉受体”基因在植食性昆虫的寄主植物定位和食用鉴定中起着非常重要的作用。

与“嗅觉受体”的研究相比，“味觉受体”的作用机制复杂，研究相对滞后。目前，功能已被确认的“味觉感受器”的数量也很少。谭安江坦言:“虽然一些蚕的突变体可以部分取食其他植物的叶片，但决定桑蚕特定取食习性的分子基础和相关基因尚未揭示和鉴定。”

家蚕有76个“味觉受体”基因分布在16条染色体上。根据以往的研究线索，研究人员对位于3号染色体上唯一的“味觉受体”基因GR66进行了功能分析，并通过转基因和CRISPR/Cas9等基因编辑方法获得了其纯合突变体。

研究发现苦味受体基因GR66在蚕的食物选择中起决定性作用。在正常饲养条件下，GR66突变体的生长发育完全不受影响，但其食性发生了显著变化。这些“蚕宝宝”开始患有“味觉盲”。除了桑叶，他们还喜欢吃苹果、梨、玉米、大豆、花生甚至面包等“零食”，而对照组中的野生型“蚕宝宝”只吃桑叶或含桑叶的人工饲料。基于上述实验基础，研究人员判断GR66是“蚕宝宝”的喂食抑制剂。突变后，抑制作用消失，导致“蚕宝宝”能够不加选择地吃桑叶和其他食物。

该研究为昆虫食性和植物-昆虫相互作用的研究提供了新的视角。评论家认为“这是一个非常有趣的研究案例，实验设计策略是值得称赞的，这为以后对其他昆虫的研究奠定了基础。”本研究提供了“许多有价值的数据”，有助于进一步研究单食或寡食食草动物的适应机制。

随着现代农业的发展，由于土地资源的限制、季节的影响和劳动力成本的上升，桑叶的供应已经成为制约大规模工厂化养蚕的重要因素。关于研究的应用价值，谭安江说:“我们的研究可能为传统产业升级提供思路。”他进一步解释说:“冬天没有新鲜的桑叶。许多工厂以含桑叶粉的人工饲料为食，这很昂贵。如果我们将来能‘去桑’养蚕，发展大规模的人工饲料，成本就会降低。”他说，为培育适合产业化育种的家蚕新品种提供理论依据也是该研究团队今后的方向之一。

相关论文信息:https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000162