研究揭示了二化螟和褐飞虱应对水稻防御的生存策略和机制

来源：植物保护研究所，2021年12月14日12:29

近日，中国农业科学院植物保护研究所抗虫作物生态安全评价与利用创新团队系统阐述了以水稻为寄主的二化螟3354和褐飞虱两大害虫协同应对水稻抗虫防御的“互利共生”生态策略、生化机制和分子机制。相关研究成果发表于《自然通讯（Nature Communications）》。根据研究员李运合的说法，研究小组专注于水稻防御和害虫(二化螟和褐蝇

近日，中国农业科学院植物保护研究所抗虫作物生态安全评价与利用创新团队系统阐述了以水稻为寄主的二化螟3354和褐飞虱两大害虫协同应对水稻抗虫防御的“互利共生”生态策略、生化机制和分子机制。相关研究成果发表于《自然通讯（Nature Communications）》。

据研究员李运合介绍，该研究团队对水稻防御和抗害虫(如二化螟和褐飞虱)防御机制进行了长期研究。以往的研究发现，受二化螟危害的水稻组织中游离氨基酸含量增加，而固醇等防御物质含量下降，显著促进了褐飞虱的生长发育。同时研究发现，二化螟诱导水稻释放的挥发物对褐飞虱的天敌褐飞虱具有显著的驱避作用。通过与二化螟共用寄主，可以显著降低褐飞虱卵的寄生风险。而且，褐飞虱进化出了积极利用这种适应效益的行为特征，更喜欢在受二化螟危害的水稻植株上取食和产卵。

上述研究成果引起了研究者的浓厚兴趣。褐飞虱能否帮助二化螟实现对水稻的反防御，并在其种间形成“互利”关系？基于这一问题，该团队进一步研究了水稻介导的褐飞虱、二化螟和米赤眼蜂的多种种间关系和机制。

结果表明，当二化螟单独危害水稻时，水稻迅速启动防御反应，相关防御基因(茉莉酸和蛋白酶抑制剂等)也随之启动。)显著上调，重要的抗虫防御物质蛋白酶抑制剂迅速积累，对二化螟幼虫的生长发育产生显著的负面影响。但当褐飞虱和二化螟共同危害水稻时，可显著抑制水稻对昆虫的防御反应，下调相关防御基因，显著降低蛋白酶抑制剂含量，彻底消除对二化螟幼虫适生性的负面影响。与此同时，二化螟的成虫雌性也进化出了一种主动利用这种适配效益的产卵策略，即在没有褐飞虱时，二化螟的雌性成虫避免其幼虫危害水稻植株，倾向于在健康的水稻植株上产卵；然而，在褐飞虱存在的情况下，与被二化螟危害的水稻植株和健康水稻植株相比，二化螟成虫更喜欢在单独或同时被褐飞虱危害的水稻植株上产卵，验证了“偏好-表现”假说。进一步研究表明，二化螟在受褐飞虱危害的水稻植株上产卵，稻赤眼蜂对卵的寄生率可降低30%-45%。

该研究打破了人们对共享寄主植物的昆虫之间竞争和排斥关系的普遍认知，基于生态位理论解释了共享同一寄主植物的昆虫之间互利共生关系的生态机制，拓展和深化了物种“生态位分化理论”的内涵，为科学制定害虫生态控制新策略和新技术奠定了理论基础。(100yiyao.com)

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