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女王蚂蚁大部分时间都有婴儿。为了在殖民地中统治至高无上，他们在他们身体的蜡质表面上散发出一种特殊的气味或信息素，抑制了姐妹的卵巢发育，使后者在生殖上不活跃的工人找到食物，护理年轻人并保护殖民地。
现在，加州大学河滨分校的研究人员已经开始揭示蚂蚁如何感知这些信息素以及它们如何控制蚂蚁群落中的生殖调节和其他社会活动背后的分子机制。这项研究发表在今天的“自然通讯”杂志上，重点介绍了蚂蚁如何利用嗅觉受体来区分群体成员，以便他们能够在复杂的等级社会中共同工作。这些发现有助于制定新的有害生物管理战略。
由分子细胞系统生物学系副教授Anandasankar Ray领导的研究小组已经确定并鉴定了20多种在工蚁的触角上发现的受体，这些受体在群体内的分工中发挥作用。其中一种受体特异性地响应由蚂蚁产生的信息素，这种相互作用最终导致工人卵巢的生理变化。
蚂蚁是真社会性昆虫，意味着它们生活在合作群体中，其中一个雌性和几个雄性参与繁殖，非繁殖个体发挥特殊作用，例如照顾年轻人，寻找食物和抵御敌人。多年来，科学家一直对蚂蚁如何交流感兴趣，蚂蚁是通过一组碳氢化合物信息素介导的，这些信息素是蚂蚁在身体上产生和“穿戴”的。通过这些信息素，蚂蚁可以区分巢穴和非巢穴，并识别同一殖民地内的不同种姓。
解开蚂蚁背后的分子机制的努力花费了数年时间，并由几所大学的合作者组成的联盟。2015年，Ray的小组在Camponotus蚂蚁物种中开发了一种强大的电生理学技术，并表明蚂蚁天线上微小毛状结构内的感觉神经元对各种不同的蚂蚁信息素具有高度特异性。在Ray的帮助下，这种方法在亚利桑那州立大学的另一种蚂蚁物种Harpegnathos saltator中进行了测试。然而，到目前为止，尚未在任何物种中鉴定出负责检测这些烃信息素的嗅觉受体。
在当前的论文中，Ray的研究小组确定并鉴定了22种气味受体，这些气味受体与其他蚂蚁产生的碳氢化合物信息素特异性相互作用，包括一种叫做HsOr263的气味，它对雌性信息素有反应。这些受体属于称为9-外显子亚家族的气味受体基因家族的亚家族。
“我们首先探索了嗅觉受体基因的9-外显子亚家族，因为它在蚂蚁和其他社会性昆虫中大大扩展，使其成为开始寻找对碳氢化合物信息素起反应的受体的好地方，”雷说。
加速这项研究，并为其他蚂蚁受体的识别铺平了道路，是Ray和Gregory Pask在Ray实验室的前博士后研究员于2014年开发的一种技术，用于在转基因黑腹果蝇中表达嗅觉受体。Pask将蚂蚁受体的DNA插入到苍蝇基因组中，并使用遗传学来表达飞蝇触角中的蚂蚁受体。
“一旦我们在飞行天线中表达了一个蚂蚁受体，我可以直接测量对该受体上各个碳氢化合物的反应，”Pask说，他是Nature Communications论文的第一作者，目前是宾夕法尼亚州Lewisburg的Bucknell大学的助理教授。 “使用这种方法，我们确定了几种重要碳氢化合物的气味受体，包括在工人，男性或女王身上发现的碳氢化合物。”
“蚂蚁和其他社会昆虫在他们的身体上使用混合碳氢化合物作为'生物条形码'，传达殖民地内的关键社会信息。我们的研究揭示了这些'条形码阅读器'如何在分子水平上工作，”帕斯克说。
雷说，嗅觉受体的鉴定为社会性昆虫使用的化学通讯系统提供了新的见解，未来的研究将探讨这些受体如何引发生理变化，例如抑制繁殖。
“嗅觉和处理嗅觉的方式是神经科学的一个迷人领域，但这项工作也具有未来的实际应用。通过增加我们对信息素介导的通信的理解，我们有很大的潜力能够操纵和控制昆虫的行为，这将导致新的害虫管理策略，“雷说。
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