玉米根蟲如何嗅探二氧化碳以摧毀玉米作物

科學家使CO2感應基因沉默,以確定這種破壞性害蟲如何找到食物

Western corn rootworm larva.

西方玉米根蟲幼蟲。 

Patrick Cavan Brown

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西方玉米根蟲甲蟲的長度僅相當於一粒米。但這種貌不驚人的黃棕色害蟲每年給美國玉米作物造成高達十億美元的損失。它的幼蟲尤其令人討厭;它們悄無聲息地在土壤中蠕動,鑽入玉米的分枝根系。

瑞士納沙泰爾大學的化學生態學家裡卡多·馬查多說,幼蟲透過感知地下氣體和其他化學物質來找到美味的根。研究人員知道根蟲會被二氧化碳吸引,而二氧化碳是玉米根呼吸作用的副產品。但馬查多希望透過深入研究幼蟲如何具體利用CO2和其他訊號來定位根部,從而幫助研究人員制定更好的害蟲管理策略。

他和他的同事使用了一種稱為RNA干擾(RNAi)的技術來探究問題的根源。他們用含有特定雙鏈RNA的溶液塗覆玉米幼苗,供幼蟲食用,這阻止了編碼根蟲CO2受體的基因表達,使它們無法聞到這種氣體。


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該團隊在eLife上報告稱,當進行測試時,新產生的對CO2不敏感的根蟲無法從九釐米以外的地方找到玉米植株的根。但在更近的距離內,無論CO2感知如何,根蟲仍然可以嗅出它們。馬查多說,這種能力表明,根蟲必須使用額外的氣味來縮小搜尋範圍——這是不起眼的幼蟲使用多種輸入來達到目標的“壯觀”展示。

德國比勒費爾德大學的化學生態學家伊麗莎白·艾勒斯說,雖然之前在根蟲中觀察到CO2感應,但識別並關閉負責該感應的基因尤其具有啟發意義。“他們對這個系統的研究比我們以往所知的要深入得多,”未參與這項研究的艾勒斯說。她指出,許多實驗透過操縱昆蟲的身體來測試昆蟲的感官偏好和能力,例如透過移除觸角的一部分。她說,新方法“比切掉昆蟲的實際部分更直接和優雅”。

艾勒斯說,“CO2可能在吸引根蟲方面發揮重要作用,但根部會釋放出許多不同的化合物。”她想知道根蟲可能如何使用其他化學訊號——馬查多計劃接下來透過沉默更多基因來研究這個問題。

從根蟲的角度來看,它的地下感知能力是一條生命線:它可以為這種微小的昆蟲節省尋找下一餐的寶貴時間。“如果一隻昆蟲花兩天時間尋找食物,”馬查多說,“對我們來說,這就像20年。”

Tess Joosse 曾任《大眾科學》的編輯研究員。她獲得了加州大學聖克魯茲分校科學傳播碩士學位。

更多作者:Tess Joosse
大眾科學 Magazine Vol 325 Issue 3這篇文章最初以“問題的根源”為標題發表在 大眾科學雜誌 第325卷第3期 (), 第18頁
doi:10.1038/scientificamerican0921-18a
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