近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所抗蟲(chóng)功能基因研究與利用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)受邀在昆蟲(chóng)學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《昆蟲(chóng)學(xué)年評(píng)（Annual Review of Entomology）》在線發(fā)表題為“The Role of （E）-β-Farnesene in Tritrophic Interactions: Biosynthesis, Chemoreception, and Evolution”的綜述文章。對(duì)（E）-β-法尼烯（EBF）的不同來(lái)源、合成與釋放機(jī)制，跨營(yíng)養(yǎng)水平的信號(hào)接收模式以及進(jìn)化關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)闡述，并展望了未來(lái)的研究方向，深化了對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中重要信號(hào)分子調(diào)控三級(jí)營(yíng)養(yǎng)級(jí)互作的理論認(rèn)知與應(yīng)用實(shí)踐。
在自然界中，化學(xué)信號(hào)分子是生物體間進(jìn)行復(fù)雜信息交流的關(guān)鍵媒介。其中，EBF作為一種典型的倍半萜類化合物，從最初作為蚜蟲(chóng)的報(bào)警信息素被發(fā)現(xiàn)，到后來(lái)被證實(shí)由蟲(chóng)害誘導(dǎo)的植物釋放以吸引天敵，EBF在植物、蚜蟲(chóng)及其天敵昆蟲(chóng)之間的三級(jí)營(yíng)養(yǎng)級(jí)互作中扮演著至關(guān)重要的角色，揭示了自然界中復(fù)雜而精細(xì)的調(diào)控機(jī)制。近年來(lái)，隨著功能基因組學(xué)、基因編輯技術(shù)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)及計(jì)算生物學(xué)的飛速發(fā)展，我們對(duì)EBF介導(dǎo)的植物-蚜蟲(chóng)-天敵昆蟲(chóng)三營(yíng)養(yǎng)相互作用的理解顯著提升。科學(xué)家已成功鑒定植物EBF合成酶基因并深入研究其功能，同時(shí)逐步探索了蚜蟲(chóng)體內(nèi)EBF的生物合成機(jī)制。EBF不僅作為報(bào)警信息素影響蚜蟲(chóng)行為，還參與調(diào)控蚜蟲(chóng)翅形分化，深刻影響其種群擴(kuò)散與分布。此外，在生物與非生物因素作用下，EBF的釋放與響應(yīng)展現(xiàn)出可塑性，使植物與蚜蟲(chóng)能在復(fù)雜多變環(huán)境中靈活應(yīng)對(duì)，共同維持生態(tài)平衡。本文深入探討了EBF在復(fù)雜生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的調(diào)控機(jī)制，并著重介紹了其在蚜蟲(chóng)與天敵昆蟲(chóng)嗅覺(jué)識(shí)別中的神經(jīng)和分子基礎(chǔ)。強(qiáng)調(diào)了研究蚜蟲(chóng)EBF受體的生物物理和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的重要性，以及它們?cè)诮沂綞BF與靶標(biāo)受體相互作用中的復(fù)雜模式，為開(kāi)發(fā)新型蚜蟲(chóng)行為調(diào)控劑提供了重要靶點(diǎn)。此外，文章還倡導(dǎo)采用基于結(jié)構(gòu)或機(jī)器學(xué)習(xí)的方法來(lái)預(yù)測(cè)受體-配體的相互作用，以期設(shè)計(jì)、優(yōu)化和篩選更穩(wěn)定、更高效的昆蟲(chóng)行為調(diào)控劑。在進(jìn)化層面，EBF調(diào)控了蚜蟲(chóng)與天敵昆蟲(chóng)之間的軍備競(jìng)賽，它們的氣味受體對(duì)EBF的識(shí)別呈現(xiàn)出趨同進(jìn)化的機(jī)制，揭示了蚜蟲(chóng)與天敵之間微妙的進(jìn)化關(guān)系。展望未來(lái)，從EBF系統(tǒng)中汲取的知識(shí)將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其原有范疇，伴隨著新技術(shù)所帶來(lái)的挑戰(zhàn)與機(jī)遇，它將為我們揭示生態(tài)調(diào)控和作物保護(hù)的全新視角與見(jiàn)解。隨著對(duì)EBF及其受體研究的持續(xù)深化，我們相信，基于EBF等化學(xué)信號(hào)的創(chuàng)新型害蟲(chóng)行為調(diào)控技術(shù)將為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)深刻變革，為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。王冰研究員為論文的第一作者，王桂榮研究員為通訊作者，法國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院Emmanuelle Jacquin-Joly教授參與了該項(xiàng)工作。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃政府間國(guó)際科技創(chuàng)新合作項(xiàng)目和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目的支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1146/annurev-ento-013024-021018
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