近日，國際知名期刊《eLife》在線發(fā)表了中國農業(yè)科學院植物保護研究所李云河研究團隊完成的題為“Caterpillar-induced rice volatiles provide enemy-free space for the offspring of the brown planthopper”研究論文。該研究系統(tǒng)分析了水稻介導的二化螟-褐飛虱-稻虱纓小蜂的多重種間關系，揭示了褐飛虱借助二化螟誘導水稻揮發(fā)物規(guī)避稻虱纓小蜂對其卵寄生的生態(tài)和生化機制。論文講述了一個“小蟲子，大智慧”的有趣故事。
二化螟和褐飛虱是我國稻田非常重要的兩種水稻害蟲，爆發(fā)年份可導致水稻嚴重減產。該團隊在前期的研究中明確了褐飛虱對二化螟為害稻株具有顯著的取食和產卵偏愛性，揭示了當Bt和非Bt水稻相鄰種植時，由于非Bt水稻受二化螟幼蟲為害顯著高于Bt稻田，誘使褐飛虱向非Bt稻田擴散的生態(tài)學機制（Wangetal., 2018.Plant Biotech. J.）。然而，該研究中未能明確褐飛虱偏愛與二化螟共享寄主這一行為的內在驅動力。
圖1. 研究對象：二化螟、褐飛虱及飛虱寄生蜂
被捕食或寄生風險是影響昆蟲寄主選擇的重要因素，因此作者推測褐飛虱偏愛與二化螟共享寄主可能與逃避天敵有關?；谶@一假設，該團隊研究了水稻介導的二化螟-褐飛虱-稻虱纓小蜂的互作關系。結果發(fā)現(xiàn)：①褐飛虱單獨為害誘導水稻揮發(fā)物對稻虱纓小蜂具有顯著的引誘作用，而二化螟為害誘導水稻揮發(fā)物對稻虱纓小蜂具有顯著的排斥作用；②當褐飛虱與二化螟共享寄主時，水稻揮發(fā)物對稻虱纓小蜂的引誘作用顯著降低，甚至逆轉為排斥作用，降低纓小蜂對稻飛虱卵的定位能力；③溫室和田間試驗證實，通過與二化螟共享寄主，纓小蜂對稻飛虱卵的寄生率明顯下降，最高達80%；④通過對蟲害誘導水稻揮發(fā)物的鑒定和分析，并采用人工合成植物信息化合物開展行為學試驗，揭示了蟲害誘導植物揮發(fā)物調控三種昆蟲種間關系的生化機理。
圖2. 稻虱纓小蜂對不同蟲害水稻的趨性
本研究表明，褐飛虱進化了高度適應的產卵策略，通過與二化螟共享寄主降低寄生蜂對其卵的寄生率。這一發(fā)現(xiàn)進一步豐富了我們對蟲害誘導揮發(fā)物功能的認知，它不僅被植物利用間接的防御蟲害，反之可被植食性昆蟲利用抵御天敵昆蟲。
基于該研究結果的重要意義，被《eLife》期刊遴選為Top15%論文，并邀請領域內知名專家Youngsung Joo和Meredith Schuman博士撰寫‘Insight article’與本論文在eLife期刊同期發(fā)表（https://elifesciences.org/articles/60912），深入解讀了本研究結果在植物-昆蟲協(xié)同進化方面的理論意義和在害蟲防控方面的實踐意義。
圖3. 二化螟幼蟲為害水稻影響飛虱及其寄生蜂寄主選擇行為示意圖（Joo & Schuman， 2020）
中國農業(yè)科學院植物保護研究所為本論文第一完成單位，碩士研究生胡曉云為論文第一作者，李云河研究員為論文通訊作者，本團隊碩士研究生蘇雙麗和焦耀宇、彭于發(fā)研究員及瑞士紐沙泰爾大學Ted Turlings教授和信陽師范學院劉清松博士參與了本工作。該工作得到了國家自然科學基金委、國家轉基因作物新品種培育重大專項和中國農業(yè)科學院創(chuàng)新工程項目的資助。
論文鏈接：https://elifesciences.org/articles/55421
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