近日，中國農(nóng)業(yè)科學院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所(嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學與技術(shù)廣東省實驗室深圳分中心)王桂榮團隊在國際知名期刊《自然·通訊（Nature Communications）》上發(fā)表了題為“Yeast-derived volatiles orchestrate an insect-yeast mutualism with oriental armyworm moths”的研究論文。該研究首次揭示了花粉系統(tǒng)中的酵母通過代謝揮發(fā)性有機物異戊醇，精準引導東方黏蟲定位富含花粉的發(fā)酵花蜜，進而揭開了昆蟲、微生物與植物之間復雜互作機制的新篇章。研究不僅進一步闡明了酵母菌與昆蟲之間的“互利循環(huán)”，而且通過對東方黏蟲的嗅覺感受機制的研究，鑒定了其感受這些揮發(fā)性物質(zhì)的特異性的嗅覺信號通路，豐富了昆蟲-植物-微生物互作的生態(tài)學理論，為農(nóng)業(yè)害蟲的綠色防控提供了潛在的應用前景?！?
長期以來，科學界普遍認為吸引昆蟲的花香主要源自植物本身的芳香物質(zhì)。然而，近年來的研究發(fā)現(xiàn)，花蜜常被微生物，尤其是酵母菌侵染，其代謝產(chǎn)生的揮發(fā)性有機物會影響昆蟲的訪花行為。盡管花蜜本身含糖量高且具有較高的碳氮比，這種環(huán)境通常抑制了微生物的增殖及揮發(fā)物的產(chǎn)生，但研究表明，花粉的加入可以顯著改變這一情況?；ǚ鄄粌H提升了花蜜中的氨基酸等物質(zhì)含量，還降低了碳氮比，從而促進微生物的生長和代謝活動，尤其是酵母菌的代謝過程。這一發(fā)現(xiàn)為我們理解花蜜中微生物代謝揮發(fā)物對昆蟲行為的影響提供了新的視角。然而，花蜜中微生物釋放的揮發(fā)物如何吸引昆蟲覓食傳粉，其作用機制及生態(tài)學意義尚不清楚。研究團隊以此為切入點，開展了系統(tǒng)性研究，旨在揭示花粉系統(tǒng)中植物-昆蟲-微生物互作的深層機制。
研究團隊發(fā)現(xiàn)，酵母菌在富含花粉的花蜜中才能大量產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)，而這些物質(zhì)的產(chǎn)生對東方黏蟲具有顯著的吸引作用。通過對東方黏蟲嗅覺感受機制的研究，研究人員發(fā)現(xiàn)，東方黏蟲通過觸角上的特定嗅覺受體MsepOR8識別異戊醇。當這個受體受到異戊醇刺激時，神經(jīng)信號傳導至特定的嗅小球AM2，進而傳遞到大腦的嗅覺中樞。這一研究成果表明，東方黏蟲依賴于該特定的神經(jīng)回路精確感知異戊醇這一揮發(fā)性物質(zhì)，失去該感知能力的個體將無法有效響應這一化學信號，導致覓食行為的改變。進一步的實驗表明，這一氣味引導機制形成了一個精密的“互利循環(huán)”：酵母通過異戊醇吸引東方黏蟲來采食富含花粉的發(fā)酵花蜜，而東方黏蟲在此過程中傳播了酵母菌的孢子至新的花源。此外，花粉的攝取對東方黏蟲的生殖力具有顯著促進作用，食用含花粉花蜜的蛾類其產(chǎn)卵量比僅食用純花蜜的個體高出近40%。這一現(xiàn)象不僅證明了酵母和東方黏蟲之間的互利關(guān)系，還揭示了花蜜和花粉在昆蟲覓食選擇中的重要作用。
該研究從分子、神經(jīng)以及行為學多層面全方位解析了酵母菌代謝揮發(fā)物調(diào)控東方黏蟲覓食行為的作用機制，并深入探討了這一機制在昆蟲、微生物和植物互作中的生態(tài)學意義。為昆蟲通過嗅覺識別并選擇富含營養(yǎng)的花蜜、促進花蜜生態(tài)系統(tǒng)運作提供了有力的證據(jù)。研究中揭示的“昆蟲-酵母-植物”三方互作模式，不但對提升生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中授粉效率提供了全新的思路和應用方向，同時也為綠色害蟲防控技術(shù)的研發(fā)提供了新的途徑和靶標。
該研究由中國農(nóng)業(yè)科學院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所(嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學與技術(shù)廣東省實驗室深圳分中心)主導完成，基因組所（大鵬灣實驗室）王桂榮研究員為通訊作者，基因組所（大鵬灣實驗室）博士后馬百偉與基因組所（大鵬灣實驗室）常賀坦研究員為共同第一作者。浙江農(nóng)林大學郭孟博副教授、植保所博士后艾東、碩士生王佳玉和陳潤、基因組所（大鵬灣實驗室）博士后劉曉嵐、東北師范大學任炳忠教授以及馬克斯·普朗克研究所Bill S.Hansson教授等參與了該項研究。
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