近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所抗蟲功能基因研究與利用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在Science China-Life Sciences（IF=9.5）上在線發(fā)表題為“Hot Breath, Quick Exit: Aphids Flee Mammalian Heat via TRPA1”的研究論文。該研究首次闡明了蚜蟲通過TRPA1受體感知哺乳動物呼出熱氣流而實(shí)現(xiàn)高效逃逸行為的分子機(jī)制，為理解昆蟲對環(huán)境溫度的適應(yīng)性進(jìn)化提供了新視角。

蚜蟲作為典型的變溫動物，對環(huán)境溫度變化極為敏感。蚜蟲的生存適宜溫度范圍較廣，但最適活動溫度通常在20°C至25°C之間，溫度過高或過低均會對其生理功能和行為產(chǎn)生不利影響。有趣的是，蚜蟲能夠通過“預(yù)接觸逃逸行為”（PEEB）感知哺乳動物（如牛、羊）接近時呼出的高溫（38-39.5°C）和高濕（>70%）空氣，從而迅速從植物上掉落以避免被捕食。然而，蚜蟲感知快速溫度變化的神經(jīng)與分子機(jī)制并不明確。

本研究利用人工呼吸裝置模擬試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)38-39℃高溫是觸發(fā)蚜蟲逃逸行為的關(guān)鍵因素，而濕度和二氧化碳濃度的影響相對較小。研究發(fā)現(xiàn)蚜蟲觸角第五、六節(jié)原生感覺圈中特異性表達(dá)的TRPA1受體（ApisTRPA1-A和ApisTRPA1-B亞型）介導(dǎo)了這一溫度響應(yīng)過程。電生理試驗(yàn)證實(shí)，ApisTRPA1-A和ApisTRPA1-B亞型均可被高溫激活，但后者具有更強(qiáng)的響應(yīng)能力和熱敏感性，B亞型溫度激活閾值（23.76℃）明顯低于A亞型（26.08℃）。單感器記錄顯示，蚜蟲觸角原生感覺圈中板形感器神經(jīng)元具有溫度累積響應(yīng)特性，在10秒升溫刺激（21℃至39℃）下呈現(xiàn)時間依賴性的動作電位激活特征，而RNAi沉默ApisTrpA1基因后，神經(jīng)元溫度響應(yīng)能力顯著降低，蚜蟲逃逸行為同步減弱，直接證實(shí)了該基因在溫度感知中的核心作用。值得注意的是，ApisTRPA1受體同時具備感知高溫并響應(yīng)香茅醛、肉桂醛等天然驅(qū)避劑的雙重功能，揭示了蚜蟲多模態(tài)環(huán)境威脅檢測的新機(jī)制。這些發(fā)現(xiàn)為研發(fā)基于TRPA1靶點(diǎn)的綠色防控技術(shù)提供了理論依據(jù)。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所王冰研究員和博士生楊露露為論文的共同第一作者，王桂榮研究員為論文通訊作者，已畢業(yè)碩士魏金金、博士后黃天宇、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)與中國農(nóng)科院深圳農(nóng)業(yè)基因組所聯(lián)培在讀博士生張博和以色列耶路撒冷希伯萊大學(xué)Jonathan Bohbot教授共同參與了研究工作。該研究得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的資助。