GR66突變的“蠶寶寶”食性改變，正在吃蘋果（譚安江供圖）

“陌上柔桑破嫩芽，東鄰蠶種已生些。”栽桑養(yǎng)蠶在我國有著悠久的歷史，在傳統(tǒng)的蠶業(yè)生產(chǎn)鏈中，栽桑和養(yǎng)蠶密不可分，因為桑葉是家蠶的唯一食物來源。為什么“蠶寶寶”只愛吃桑葉？日前，這個千百年來縈繞在人們心中的疑問終于有了答案。

中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所譚安江團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn)一個苦味受體基因可以決定家蠶的桑葉專食性。相關(guān)研究2月28日在《公共科學(xué)圖書館·生物學(xué)》(PLOS Biology)在線發(fā)表。

“蘿卜青菜，各有所愛”。譚安江研究員告訴《中國科學(xué)報》記者，昆蟲的取食偏好和對食物的選擇具有高度多樣性，而植食性昆蟲的取食行為主要是由其化學(xué)感受體系（嗅覺和味覺）決定的。數(shù)量眾多的“嗅覺受體”和“味覺受體”基因在植食性昆蟲的宿主植物定位及可食性鑒別等過程中起到了非常重要的作用。

相對于“嗅覺受體”的研究，“味覺受體”的作用機(jī)理復(fù)雜，其研究相對滯后，目前功能得到鑒定的“味覺受體”數(shù)量也非常少。譚安江坦言：“雖然存在家蠶的一些突變體可部分取食其它植物葉片，但決定家蠶桑葉專食性的分子基礎(chǔ)及相關(guān)的基因一直沒有得到揭示和鑒定。”

家蠶有76個“味覺受體”基因，分布在16條染色體上。研究人員根據(jù)前期的研究線索，針對位于三號染色體上的唯一“味覺受體”基因GR66開展了功能分析，并利用轉(zhuǎn)基因和CRISPR/Cas9等基因編輯手段獲得了其純合突變體。

研究發(fā)現(xiàn)，苦味受體基因GR66在家蠶食物選擇中起到的決定性作用。在正常飼養(yǎng)條件下，GR66突變體的生長發(fā)育沒有受到任何影響，但其食性發(fā)生了顯著的變化。這些“蠶寶寶”開始出現(xiàn)“味盲”現(xiàn)象，除了桑葉以外，還愛吃蘋果、梨、玉米、大豆、花生甚至面包等“零食”了，而對照組野生型（wild type）“蠶寶寶”只吃桑葉或含有桑葉成分的人工飼料。基于以上實驗依據(jù)，研究人員判斷，GR66是“蠶寶寶”的一個取食抑制因子，突變后抑制作用消失，導(dǎo)致“蠶寶寶”可以無差別地取食桑葉及其它食物。

該研究為昆蟲食性以及植物-昆蟲互作研究提供了新的視角。審稿專家認(rèn)為“這是一個非常有趣的研究案例，實驗設(shè)計策略值得稱道，為未來在其他昆蟲上的研究奠定了基礎(chǔ)。”該研究提供了“許多有價值的數(shù)據(jù)”，有利于進(jìn)一步對單食性或者寡食性的食草動物的適應(yīng)機(jī)制進(jìn)行研究。

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，由于土地資源的限制、季節(jié)性的影響以及人力成本的上升，桑葉的供應(yīng)已成為制約規(guī)模化和工廠化養(yǎng)蠶的重要因素。談及研究的應(yīng)用價值，譚安江說：“我們的研究或許能為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級提供思路。”他進(jìn)一步解釋：“冬季沒有新鮮的桑葉，很多廠家用含有桑葉粉的人工飼料喂養(yǎng)，成本高。如果今后能‘去桑葉化’養(yǎng)蠶，開發(fā)規(guī)模化的人工飼料，那么成本將會降低。”他表示，為培育適合工廠化飼養(yǎng)的家蠶新品種提供理論基礎(chǔ)，也是研究團(tuán)隊未來努力的方向之一。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000162