Summary Olfactory coding, from insects to humans, is canonically considered to involve considerable across-fiber coding already at the peripheral level, thereby allowing recognition of very large numbers of odor compounds. Here we show that the migratory locust, Locusta migratoria , has evolved an alternative strategy built on highly specific odorant receptors feeding into a complex primary processing center in the brain. By collecting odors from food and different life stages of the locust, we identified 208 ecologically relevant odorants, which we used to deorphanize 48 locust olfactory receptors via ectopic expression in Drosophila . Contrary to the often broadly tuned olfactory receptors of other insects, almost all locust receptors were found to be narrowly tuned to one ligand and most of these best ligands exclusively excited only one receptor. Knocking out a single receptor using CRISPR-Cas9 resulted in an abolished physiological and behavioral response to the corresponding ligand. We conclude that the locust olfactory system, with an apparent lack of redundancy among most olfactory receptors, differs from so-far described olfactory systems.

Plant volatile detection through olfaction plays a crucial role in insect behaviors. In vivo, the odorant receptor co-receptor orco is an obligatory component for the function of odorant receptors (ORs), a major receptor family involved in insect olfaction. We used CRISPR-Cas9 targeted mutagenesis to knock-out (KO) orco in a neurophysiological model species, the hawkmoth Manduca sexta. M. sexta and its host, the Sacred Datura (Datura wrightii) share a model insect-plant relationship based on mutualistic and antagonistic life history traits. D. wrightii is the innately preferred nectar-source and oviposition host for M. sexta. Hence, the hawkmoth is an important pollinator while the M. sexta larvae are specialized herbivores of the plant. We generated an orco KO through CRISPR-Cas9 to test the consequences of a loss of OR-mediated olfaction in this insect-plant relationship. Neurophysiological characterization revealed severely reduced antennal and antennal lobe responses to representative odorants emitted by D. wrightii. In a wind-tunnel setting with a flowering plant, orco KO hawkmoths showed disrupted flight orientation and an ablated proboscis extension response to the natural stimulus. However, when testing the oviposition behavior of mated females encountering a non-flowering plant, there was no difference between orco KO and wild type females regarding upwind flight orientation and number of eggs laid. Overall, OR-mediated olfaction is essential for foraging and pollination behaviors, but plant-seeking and oviposition behaviors appear largely unaffected.