昆蟲也懂合作共贏?中國農科院植保所揭示二化螟和褐飛虱協力應對水稻防禦的生存策略及機制-新華網
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2021 11/22 09:45:30
來源:新華網

昆蟲也懂合作共贏?中國農科院植保所揭示二化螟和褐飛虱協力應對水稻防禦的生存策略及機制

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新華網北京11月22日電(李楠)近日,國際知名期刊《自然通訊》在線發表了中國農科院植物保護研究所李雲河研究團隊的研究論文。本論文係統闡述了同以水稻為寄主的兩種重大害蟲——二化螟和褐飛虱—通過協作應對水稻抗蟲防禦,實現“互利共存”的生態策略及生化和分子機理。

二化螟和褐飛虱是我國稻田兩種重大害蟲,被列入我國《一類農作物病蟲害名錄》。近年來,李雲河研究團隊圍繞水稻防禦和害蟲反防禦兩方面,係統研究了水稻介導的兩種害蟲及其天敵的多重種間關係。

李雲河介紹,前期研究發現,二化螟為害水稻組織中遊離氨基酸含量顯著提高,而一些不利于褐飛虱生長發育的甾醇類物質含量顯著降低,顯著促進褐飛虱生長發育。同時,褐飛虱進化了積極利用這一適合度利益的行為,其通過識別二化螟為害可誘導水稻釋放高濃度揮發物如2-庚醇和α-蒎烯等,選擇到二化螟為害稻株上取食和産卵。
“進一步研究發現,二化螟誘導水稻釋放的揮發物對褐飛虱卵寄生天敵稻虱纓小蜂具有顯著的排斥作用。”李雲河説,褐飛虱通過與二化螟共享寄主,可顯著降低其卵被稻虱纓小蜂寄生的風險。

褐飛虱通過與二化螟共享寄主獲得顯著的適合度利益,那麼褐飛虱是否反之也能協助二化螟實現對水稻的反防禦,二者種間形成 “互利”關係?基于這一問題,李雲河研究員團隊進一步研究了水稻介導的褐飛虱、二化螟及稻螟赤眼蜂的多重種間關係及機制。

結果顯示,當二化螟單獨為害水稻時,水稻迅速啟動防禦反應,相關防禦基因(茉莉酸和蛋白酶抑制劑等)顯著上調,重要抗蟲防禦物質蛋白酶抑制劑迅速累積,顯著負面影響後來二化螟幼蟲的生長發育。然而,當褐飛虱與二化螟共同為害水稻時,可顯著抑制二化螟為害誘導的水稻防禦反應,相關防禦基因下調,蛋白酶抑制劑含量顯著下降,完全消除對後來二化螟幼蟲適合度的負面影響。

李雲河説,此外研究團隊發現二化螟成雌蟲進化了積極利用這一適合度利益的産卵策略,即當無褐飛虱存在情況下,二化螟雌成蟲逃避其幼蟲為害稻株,傾向將卵産在健康稻株上;而當褐飛虱存在情況下,相對二化螟為害和健康稻株,二化螟成蟲更偏愛在褐飛虱單獨為害或二者共同為害的稻株上産卵,遵循“mother knows best”原理。

褐飛虱協助二化螟抑制水稻抗蟲防禦反應(中國農科院植物保護研究所供圖)

該研究進一步發現,二化螟幼蟲為害及其成蟲産卵可誘導水稻釋放大量信息揮發物,吸引稻螟赤眼蜂;而褐飛虱的加入為害,可改變水稻揮發物的組分及含量,降低對稻螟赤眼蜂的吸引作用,甚至逆轉為排斥作用,二化螟卵被寄生率分別降低45%和32%。

稻螟赤眼蜂對不同蟲害處理稻株上二化螟卵的寄生行為(中國農科院植物保護研究所供圖)

李雲河表示,研究結果顛覆了人們對共享寄主昆蟲種間競爭排斥關係的普遍認知,並基于生態位理論闡釋了共享同一寄主植物昆蟲種間發展為“互利共存”關係的生態機理,拓展和深化了“物種生態位分異理論”的內涵,為科學制定害蟲生態防控新策略和新技術奠定了理論基礎。

據了解,中國農業科學院植物保護研究所為本論文第一完成單位,此外,該工作得到了國家自然科學基金和中國農業科學院創新工程項目的資助。

【糾錯】 【責任編輯:胡可璐】