近日，國(guó)際知名期刊《自然通訊》在線發(fā)表了中國(guó)農(nóng)科院植物保護(hù)研究所李云河研究團(tuán)隊(duì)的研究論文。本論文系統(tǒng)闡述了同以水稻為寄主的兩種重大害蟲(chóng)——二化螟和褐飛虱—通過(guò)協(xié)作應(yīng)對(duì)水稻抗蟲(chóng)防御，實(shí)現(xiàn)“互利共存”的生態(tài)策略及生化和分子機(jī)理。
二化螟和褐飛虱是我國(guó)稻田兩種重大害蟲(chóng)，被列入我國(guó)《一類農(nóng)作物病蟲(chóng)害名錄》。近年來(lái)，李云河研究團(tuán)隊(duì)圍繞水稻防御和害蟲(chóng)反防御兩方面，系統(tǒng)研究了水稻介導(dǎo)的兩種害蟲(chóng)及其天敵的多重種間關(guān)系。
李云河介紹，前期研究發(fā)現(xiàn)，二化螟為害水稻組織中游離氨基酸含量顯著提高，而一些不利于褐飛虱生長(zhǎng)發(fā)育的甾醇類物質(zhì)含量顯著降低，顯著促進(jìn)褐飛虱生長(zhǎng)發(fā)育。同時(shí)，褐飛虱進(jìn)化了積極利用這一適合度利益的行為，其通過(guò)識(shí)別二化螟為害可誘導(dǎo)水稻釋放高濃度揮發(fā)物如2-庚醇和α-蒎烯等，選擇到二化螟為害稻株上取食和產(chǎn)卵。 “進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，二化螟誘導(dǎo)水稻釋放的揮發(fā)物對(duì)褐飛虱卵寄生天敵稻虱纓小蜂具有顯著的排斥作用?！崩钤坪诱f(shuō)，褐飛虱通過(guò)與二化螟共享寄主，可顯著降低其卵被稻虱纓小蜂寄生的風(fēng)險(xiǎn)。
褐飛虱通過(guò)與二化螟共享寄主獲得顯著的適合度利益，那么褐飛虱是否反之也能協(xié)助二化螟實(shí)現(xiàn)對(duì)水稻的反防御，二者種間形成 “互利”關(guān)系？基于這一問(wèn)題，李云河研究員團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究了水稻介導(dǎo)的褐飛虱、二化螟及稻螟赤眼蜂的多重種間關(guān)系及機(jī)制。
結(jié)果顯示，當(dāng)二化螟單獨(dú)為害水稻時(shí)，水稻迅速啟動(dòng)防御反應(yīng)，相關(guān)防御基因（茉莉酸和蛋白酶抑制劑等）顯著上調(diào)，重要抗蟲(chóng)防御物質(zhì)蛋白酶抑制劑迅速累積，顯著負(fù)面影響后來(lái)二化螟幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育。然而，當(dāng)褐飛虱與二化螟共同為害水稻時(shí)，可顯著抑制二化螟為害誘導(dǎo)的水稻防御反應(yīng)，相關(guān)防御基因下調(diào)，蛋白酶抑制劑含量顯著下降，完全消除對(duì)后來(lái)二化螟幼蟲(chóng)適合度的負(fù)面影響。
李云河說(shuō)，此外研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)二化螟成雌蟲(chóng)進(jìn)化了積極利用這一適合度利益的產(chǎn)卵策略，即當(dāng)無(wú)褐飛虱存在情況下，二化螟雌成蟲(chóng)逃避其幼蟲(chóng)為害稻株，傾向?qū)⒙旬a(chǎn)在健康稻株上；而當(dāng)褐飛虱存在情況下，相對(duì)二化螟為害和健康稻株，二化螟成蟲(chóng)更偏愛(ài)在褐飛虱單獨(dú)為害或二者共同為害的稻株上產(chǎn)卵，遵循“mother knows best”原理。
該研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，二化螟幼蟲(chóng)為害及其成蟲(chóng)產(chǎn)卵可誘導(dǎo)水稻釋放大量信息揮發(fā)物，吸引稻螟赤眼蜂；而褐飛虱的加入為害，可改變水稻揮發(fā)物的組分及含量，降低對(duì)稻螟赤眼蜂的吸引作用，甚至逆轉(zhuǎn)為排斥作用，二化螟卵被寄生率分別降低45%和32%。
李云河表示，研究結(jié)果顛覆了人們對(duì)共享寄主昆蟲(chóng)種間競(jìng)爭(zhēng)排斥關(guān)系的普遍認(rèn)知，并基于生態(tài)位理論闡釋了共享同一寄主植物昆蟲(chóng)種間發(fā)展為“互利共存”關(guān)系的生態(tài)機(jī)理，拓展和深化了“物種生態(tài)位分異理論”的內(nèi)涵，為科學(xué)制定害蟲(chóng)生態(tài)防控新策略和新技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。
據(jù)了解，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，此外，該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程項(xiàng)目的資助。
