了解昆虫的化学通讯是如何进化的

在我们周围，昆虫正在互相交谈：争夺配偶，寻找食物，并试图避免成为别人的下一顿饭。其中一些交流很容易被发现——比如夏夜萤火虫的闪光或下午蝉鸣的合唱——但许多最复杂的对话很难观察，因为它们是通过化学气味的交换而发生的。

了解化学通讯可能是寻找新的、更有效的方法来保护农作物或抵御可传播疾病的叮咬昆虫的关键。SRIInternational的研究人员与弗吉尼亚理工大学和罗格斯大学的科学家合作，设计了一种方法来识别遗传密码片段，这些片段构成了昆虫用来交流的化学物质。

他们的工作最近发表在ProteinScience上，为理解化学通讯如何进化提供了路线图，并且是破译特定昆虫所说内容的第一步。

“害虫防治是这里的一个长期目标，特别是在农业领域，”SRI生物复杂性科学项目主任兼该论文的通讯作者保罗奥梅勒说。“我们需要解码这种语言，能够拦截它，并可能以智能方式重定向它。”

昆虫与一类称为萜烯的化学物质交流，这种化学物质很容易蒸发并通过空气传播，覆盖大面积并有可能接触到许多其他昆虫。但直到最近，研究人员还认为昆虫无法自行生产它们。人们普遍认为昆虫从它们的环境中获取萜烯，从它们吃的食物中收集它们，或者寄居可以产生它们的微生物。

“就在过去的几年里，我的合作者和其他人发现昆虫实际上有编码萜烯合酶的基因，这是这种交流形式的代言人，”O'Maille说。萜烯合酶允许一个物种产生自己的萜烯。“这为我们打开了一个新世界。”

意识到某些昆虫能够产生写入其遗传密码的萜烯后，研究人员着手设计一种在其他物种中寻找相似基因的方法。O'Maille几十年来一直在研究植物中的萜烯，他能够分解制造萜烯所需的化学成分，并确定必须调整哪些基因才能实现这一点。他确定了几种特定于萜烯合酶的基序——遗传密码中的模式。

“我们基本上已经建立了一个规则集来理解这些萜烯合酶是如何形成的自然历史，这导致了一种启发式或方法来预测一个基因是否是萜烯合酶，”O'Maille说。“使用这种启发式方法，我们发现不同昆虫中有大量的萜烯合酶基因——它们非常普遍。”

通过将他们的方法应用于可用的昆虫基因序列，研究人员已经确定了数百个潜在的萜烯合酶基因。到目前为止，他们研究的物种仅代表29种昆虫目中的八种，但他们的数据表明基于萜烯的化学通讯独立进化了多次。

通过提供这个蓝图，研究人员希望帮助其他科学家验证更多昆虫中萜烯合酶的身份，并开始了解这些萜烯是如何被使用的。一旦我们会说这种语言，我们就可以尝试利用它来发挥我们的优势。例如，如果我们知道哪些化学物质对以重要作物为食的昆虫具有吸引力，我们就可以播种产生这些化学物质并吸引昆虫的诱饵植物群。

“我们解码对话的能力为我们提供了更多选择，”O'Maille说。

O'Maille还强调，本文中使用的方法不仅仅适用于昆虫。O'Maille和他的同事用来预测萜烯合酶基因组编码的哪些部分可以应用于其他物种的其他酶的相同技术。

“现在，我们可以随意对基因组进行测序，但我们不能很好地解释基因组，”O'Maille说。“我们的工作为开发其他类别的酶的启发式方法提供了路线图，以便更准确地预测基因的功能。”