Due recettori degli odori regolano 1

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 176 (2023) Citare questo articolo

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La mosca orientale della frutta Bactrocera dorsalis (Hendel) è un noto parassita delle colture frutticole. Le femmine gravide individuano i siti adatti per l'ovideposizione rilevando i volatili della pianta ospite. Qui, dimostriamo che l'1-otten-3-olo, un volatile del mango, guida il comportamento di ovideposizione delle mosche femmine. Due recettori degli odori (BdorOR7a-6 e BdorOR13a) sono identificati come recettori chiave per la percezione dell'1-otten-3-olo mediante analisi qPCR, espressione eterologa in ovociti di Xenopus laevis e cellule HEK 293 seguite da test di legame in vitro, nonché CRISPR/ Modifica del genoma Cas9 in B. dorsalis. Il docking molecolare e la mutagenesi sito-diretta vengono utilizzati per determinare i principali siti di legame per l'1-otten-3-olo. I nostri risultati dimostrano il potenziale dell'1-otten-3-olo per attrarre femmine gravide e il meccanismo molecolare della sua percezione in B. dorsalis. BdorOR7a-6 e BdorOR13a possono quindi essere utilizzati come bersagli molecolari per lo sviluppo di attrattivi femminili. Inoltre, i nostri dati sulla mutagenesi localizzata faciliteranno l'ingegneria chimica dell'1-otten-3-olo per generare attrattivi più efficienti.

La selezione di siti adatti per la deposizione delle uova da parte degli insetti erbivori riflette solitamente la capacità delle femmine gravide di rilevare i volatili rilasciati dalle piante ospiti preferite. Gli esempi includono la mosca della frutta Drosophila melanogaster, che rileva i terpeni rilasciati dalla fermentazione dei frutti1,2, la mosca dei semi di fagiolo Delia platura, che rileva l'1-otten-3-olo e il 3-ottanone rilasciati dai semi in germinazione3, la falena del baco da seta Bombyx mori, che rileva le sostanze volatili rilasciate dalle foglie del gelso4 e dalla vespa parassita Anastatus japonicas, che rileva il β-cariofillene, l'α-farnesene e il cis-3-esenolo rilasciati dalle piante ospiti e dagli insetti5. La mosca orientale della frutta Bactrocera dorsalis (Hendel), uno dei parassiti più distruttivi e invasivi delle colture frutticole6, preferisce deporre le uova sui frutti del mango completamente maturi7,8,9,10. Si pensa che questo rifletta l'attrazione delle femmine gravide per i volatili. La sostanza chimica 1-otten-3-olo, un volatile contenuto nel frutto del mango, è stata considerata uno dei possibili segnali di orientamento per la selezione del sito di deposizione delle uova in questa mosca11,12.

Il sistema olfattivo degli insetti svolge un ruolo importante nell'uso dei volatili per guidare il comportamento di ovideposizione13,14,15. I recettori degli odori (OR) responsabili della percezione di sostanze volatili specifiche possono essere determinati utilizzando una combinazione di test comportamentali basati sull'esposizione e mutazioni con perdita di funzione, con test di legame diretto e mutagenesi sito-diretta come strategia per identificare siti di legame specifici16 . Dopo aver caratterizzato le sostanze volatili e i loro recettori, l'ecologia chimica inversa può essere utilizzata per sviluppare nuovi attrattivi che colpiscano gli OR chiave in modo più efficiente13,17,18,19. Ad esempio, si è scoperto che DmelOR19a è responsabile della percezione dei terpeni degli agrumi che controllano il comportamento di ovideposizione in D. melanogaster2. Allo stesso modo, è stato scoperto che HassOR31 guida il comportamento di deposizione delle uova di Helicoverpa assulta in risposta al butirrato di Z-3-esenile rilasciato dalle piante ospiti13. Inoltre, abbiamo scoperto che l'eliminazione del gene del recettore co-espresso del recettore olfattivo (BdorOrco) utilizzando il sistema CRISPR/Cas9 ha abolito la preferenza per l'ovideposizione indotta da 1-octen-3-olo nella femmina di B. dorsalis20. Lo studio precedente ha anche dimostrato direttamente che BdorOR13a si lega all'1-otten-3-olo in vitro16, ma finora non sono stati presentati dati comportamentali in vivo. Ulteriori analisi della percezione dell'1-otten-3-olo in B. dorsalis sono state ostacolate da un set di dati OR incompleto a causa della mancanza di una sequenza genomica di alta qualità.

Per affrontare queste sfide, abbiamo annotato in modo esauriente la famiglia B. dorsalis OR utilizzando un nuovo assemblaggio del genoma di alta qualità. Abbiamo identificato due OR che potrebbero essere coinvolti nella risposta all'1-otten-3-olo utilizzando l'analisi dell'espressione degli OR nelle femmine vergini e accoppiate e testando gli OR candidati mediante sistemi di espressione eterologhi seguiti da registrazione con pinza di tensione e analisi di imaging del calcio. Inoltre, questi due geni sono stati eliminati utilizzando il sistema CRISPR/Cas9. Abbiamo utilizzato l'analisi del sito di legame e la mutagenesi sito-diretta per determinare il meccanismo di legame. Abbiamo anche confrontato l'effetto dell'1-otten-3-olo sulle femmine gravide e vergini. I nostri risultati indicano il meccanismo molecolare della percezione dell'1-otten-3-olo in B. dorsalis e forniscono bersagli molecolari per lo sviluppo di attrattivi femminili più efficienti basati sull'ingegneria chimica dell'1-otten-3-olo.