近日，國(guó)際知名期刊《eLife》在線發(fā)表了中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所李云河研究團(tuán)隊(duì)完成的題為“Caterpillar-induced rice volatiles provide enemy-free space for the offspring of the brown planthopper”研究論文。該研究系統(tǒng)分析了水稻介導(dǎo)的二化螟-褐飛虱-稻虱纓小蜂的多重種間關(guān)系，揭示了褐飛虱借助二化螟誘導(dǎo)水稻揮發(fā)物規(guī)避稻虱纓小蜂對(duì)其卵寄生的生態(tài)和生化機(jī)制。論文講述了一個(gè)“小蟲(chóng)子，大智慧”的有趣故事。
二化螟和褐飛虱是我國(guó)稻田非常重要的兩種水稻害蟲(chóng)，爆發(fā)年份可導(dǎo)致水稻嚴(yán)重減產(chǎn)。該團(tuán)隊(duì)在前期的研究中明確了褐飛虱對(duì)二化螟為害稻株具有顯著的取食和產(chǎn)卵偏愛(ài)性，揭示了當(dāng)Bt和非Bt水稻相鄰種植時(shí)，由于非Bt水稻受二化螟幼蟲(chóng)為害顯著高于Bt稻田，誘使褐飛虱向非Bt稻田擴(kuò)散的生態(tài)學(xué)機(jī)制（Wangetal., 2018.Plant Biotech. J.）。然而，該研究中未能明確褐飛虱偏愛(ài)與二化螟共享寄主這一行為的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力。
圖1. 研究對(duì)象：二化螟、褐飛虱及飛虱寄生蜂
被捕食或寄生風(fēng)險(xiǎn)是影響昆蟲(chóng)寄主選擇的重要因素，因此作者推測(cè)褐飛虱偏愛(ài)與二化螟共享寄主可能與逃避天敵有關(guān)。基于這一假設(shè)，該團(tuán)隊(duì)研究了水稻介導(dǎo)的二化螟-褐飛虱-稻虱纓小蜂的互作關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①褐飛虱單獨(dú)為害誘導(dǎo)水稻揮發(fā)物對(duì)稻虱纓小蜂具有顯著的引誘作用，而二化螟為害誘導(dǎo)水稻揮發(fā)物對(duì)稻虱纓小蜂具有顯著的排斥作用；②當(dāng)褐飛虱與二化螟共享寄主時(shí)，水稻揮發(fā)物對(duì)稻虱纓小蜂的引誘作用顯著降低，甚至逆轉(zhuǎn)為排斥作用，降低纓小蜂對(duì)稻飛虱卵的定位能力；③溫室和田間試驗(yàn)證實(shí)，通過(guò)與二化螟共享寄主，纓小蜂對(duì)稻飛虱卵的寄生率明顯下降，最高達(dá)80%；④通過(guò)對(duì)蟲(chóng)害誘導(dǎo)水稻揮發(fā)物的鑒定和分析，并采用人工合成植物信息化合物開(kāi)展行為學(xué)試驗(yàn)，揭示了蟲(chóng)害誘導(dǎo)植物揮發(fā)物調(diào)控三種昆蟲(chóng)種間關(guān)系的生化機(jī)理。
圖2. 稻虱纓小蜂對(duì)不同蟲(chóng)害水稻的趨性
本研究表明，褐飛虱進(jìn)化了高度適應(yīng)的產(chǎn)卵策略，通過(guò)與二化螟共享寄主降低寄生蜂對(duì)其卵的寄生率。這一發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步豐富了我們對(duì)蟲(chóng)害誘導(dǎo)揮發(fā)物功能的認(rèn)知，它不僅被植物利用間接的防御蟲(chóng)害，反之可被植食性昆蟲(chóng)利用抵御天敵昆蟲(chóng)。
基于該研究結(jié)果的重要意義，被《eLife》期刊遴選為Top15%論文，并邀請(qǐng)領(lǐng)域內(nèi)知名專家Youngsung Joo和Meredith Schuman博士撰寫‘Insight article’與本論文在eLife期刊同期發(fā)表（https://elifesciences.org/articles/60912），深入解讀了本研究結(jié)果在植物-昆蟲(chóng)協(xié)同進(jìn)化方面的理論意義和在害蟲(chóng)防控方面的實(shí)踐意義。
圖3. 二化螟幼蟲(chóng)為害水稻影響飛虱及其寄生蜂寄主選擇行為示意圖（Joo & Schuman， 2020）
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所為本論文第一完成單位，碩士研究生胡曉云為論文第一作者，李云河研究員為論文通訊作者，本團(tuán)隊(duì)碩士研究生蘇雙麗和焦耀宇、彭于發(fā)研究員及瑞士紐沙泰爾大學(xué)Ted Turlings教授和信陽(yáng)師范學(xué)院劉清松博士參與了本工作。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、國(guó)家轉(zhuǎn)基因作物新品種培育重大專項(xiàng)和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://elifesciences.org/articles/55421
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