研究揭示二化螟和褐飛虱合力應對水稻防御的生存策略及機制

　　近日，中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所抗病蟲作物生態(tài)安全評價與利用創(chuàng)新團隊系統(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。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然通訊（Nature Communications）》上。

　　據(jù)李云河研究員介紹，科研團隊圍繞水稻防御和害蟲（二化螟和褐飛虱等一類農(nóng)作物病蟲害）反防御機制進行了長期的研究。前期研究發(fā)現(xiàn)，二化螟為害稻株組織中游離氨基酸含量提高，而甾醇等防御物質(zhì)含量下降，顯著促進褐飛虱的生長發(fā)育。同時發(fā)現(xiàn)，二化螟誘導水稻釋放的揮發(fā)物對褐飛虱的天敵稻虱纓小蜂具有顯著的排斥作用，通過與二化螟共享寄主，可顯著降低褐飛虱卵被寄生的風險。而且，褐飛虱進化了積極利用這一適合度利益的行為特性，偏愛到二化螟為害稻株上取食和產(chǎn)卵。

 

　　上述研究結(jié)果激發(fā)了研究者的濃厚興趣。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，使其種間形成 “互利”關(guān)系？基于這一問題，該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(guān)系及機制。

 

　　研究結(jié)果表明，當二化螟單獨為害水稻時，水稻迅速啟動防御反應，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，可顯著抑制水稻抗蟲防御反應，相關(guān)防御基因下調(diào)，蛋白酶抑制劑含量顯著下降，完全消除對后來二化螟幼蟲適合度的負面影響。同時，二化螟成雌蟲也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，驗證了“Preference-Performance（選擇-表現(xiàn)）”假說。進一步研究發(fā)現(xiàn)，二化螟將卵產(chǎn)在褐飛虱為害稻株上，其卵被稻螟赤眼蜂寄生率可降低30%-45%。

 

　　該研究打破了人們對共享寄主昆蟲種間競爭排斥關(guān)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(guān)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(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。

 

　　該研究得到了國家自然科學基金和中國農(nóng)業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程項目的資助。