近日，國際知名期刊《自然通訊》在線發(fā)表了中國農(nóng)科院植物保護研究所李云河研究團隊的研究論文。本論文系統(tǒng)闡述了同以水稻為寄主的兩種重大害蟲——二化螟和褐飛虱—通過協(xié)作應對水稻抗蟲防御，實現(xiàn)“互利共存”的生態(tài)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(nóng)作物病蟲害名錄》。近年來，李云河研究團隊圍繞水稻防御和害蟲反防御兩方面，系統(tǒng)研究了水稻介導的兩種害蟲及其天敵的多重種間關系。
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發(fā)育的甾醇類物質(zhì)含量顯著降低，顯著促進褐飛虱生長發(fā)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(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。 “進一步研究發(fā)現(xiàn)，二化螟誘導水稻釋放的揮發(fā)物對褐飛虱卵寄生天敵稻虱纓小蜂具有顯著的排斥作用。”李云河說，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，那么褐飛虱是否反之也能協(xié)助二化螟實現(xiàn)對水稻的反防御，二者種間形成 “互利”關系？基于這一問題，李云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系及機制。
結(jié)果顯示，當二化螟單獨為害水稻時，水稻迅速啟動防御反應，相關防御基因（茉莉酸和蛋白酶抑制劑等）顯著上調(diào)，重要抗蟲防御物質(zhì)蛋白酶抑制劑迅速累積，顯著負面影響后來二化螟幼蟲的生長發(fā)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御反應，相關防御基因下調(diào)，蛋白酶抑制劑含量顯著下降，完全消除對后來二化螟幼蟲適合度的負面影響。
李云河說，此外研究團隊發(fā)現(xiàn)二化螟成雌蟲進化了積極利用這一適合度利益的產(chǎn)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?qū)⒙旬a(chǎn)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產(chǎn)卵，遵循“mother knows best”原理。
該研究進一步發(fā)現(xiàn)，二化螟幼蟲為害及其成蟲產(chǎn)卵可誘導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)果顛覆了人們對共享寄主昆蟲種間競爭排斥關系的普遍認知，并基于生態(tài)位理論闡釋了共享同一寄主植物昆蟲種間發(fā)展為“互利共存”關系的生態(tài)機理，拓展和深化了“物種生態(tài)位分異理論”的內(nèi)涵，為科學制定害蟲生態(tài)防控新策略和新技術奠定了理論基礎。
據(jù)了解，中國農(nóng)業(yè)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(nóng)業(yè)科學院創(chuàng)新工程項目的資助。
