近日，国际知名期刊《自然通讯》在线发表了中国农科院植物保护研究所李云河研究团队的研究论文。本论文系统阐述了同以水稻为寄主的两种重大害虫——二化螟和褐飞虱—通过协作应对水稻抗虫防御，实现“互利共存”的生态策略及生化和分子机理。

二化螟和褐飞虱是我国稻田两种重大害虫，被列入我国《一类农作物病虫害名录》。近年来，李云河研究团队围绕水稻防御和害虫反防御两方面，系统研究了水稻介导的两种害虫及其天敌的多重种间关系。

李云河介绍，前期研究发现，二化螟为害水稻组织中游离氨基酸含量显著提高，而一些不利于褐飞虱生长发育的甾醇类物质含量显著降低，显著促进褐飞虱生长发育。同时，褐飞虱进化了积极利用这一适合度利益的行为，其通过识别二化螟为害可诱导水稻释放高浓度挥发物如2-庚醇和α-蒎烯等，选择到二化螟为害稻株上取食和产卵。 “进一步研究发现，二化螟诱导水稻释放的挥发物对褐飞虱卵寄生天敌稻虱缨小蜂具有显著的排斥作用。”李云河说，褐飞虱通过与二化螟共享寄主，可显著降低其卵被稻虱缨小蜂寄生的风险。

褐飞虱通过与二化螟共享寄主获得显著的适合度利益，那么褐飞虱是否反之也能协助二化螟实现对水稻的反防御，二者种间形成 “互利”关系？基于这一问题，李云河研究员团队进一步研究了水稻介导的褐飞虱、二化螟及稻螟赤眼蜂的多重种间关系及机制。

结果显示，当二化螟单独为害水稻时，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）显著上调，重要抗虫防御物质蛋白酶抑制剂迅速累积，显著负面影响后来二化螟幼虫的生长发育。然而，当褐飞虱与二化螟共同为害水稻时，可显著抑制二化螟为害诱导的水稻防御反应，相关防御基因下调，蛋白酶抑制剂含量显著下降，完全消除对后来二化螟幼虫适合度的负面影响。

李云河说，此外研究团队发现二化螟成雌虫进化了积极利用这一适合度利益的产卵策略，即当无褐飞虱存在情况下，二化螟雌成虫逃避其幼虫为害稻株，倾向将卵产在健康稻株上；而当褐飞虱存在情况下，相对二化螟为害和健康稻株，二化螟成虫更偏爱在褐飞虱单独为害或二者共同为害的稻株上产卵，遵循“mother knows best”原理。

褐飞虱协助二化螟抑制水稻抗虫防御反应（中国农科院植物保护研究所供图）

该研究进一步发现，二化螟幼虫为害及其成虫产卵可诱导水稻释放大量信息挥发物，吸引稻螟赤眼蜂；而褐飞虱的加入为害，可改变水稻挥发物的组分及含量，降低对稻螟赤眼蜂的吸引作用，甚至逆转为排斥作用，二化螟卵被寄生率分别降低45%和32%。

稻螟赤眼蜂对不同虫害处理稻株上二化螟卵的寄生行为（中国农科院植物保护研究所供图）

李云河表示，研究结果颠覆了人们对共享寄主昆虫种间竞争排斥关系的普遍认知，并基于生态位理论阐释了共享同一寄主植物昆虫种间发展为“互利共存”关系的生态机理，拓展和深化了“物种生态位分异理论”的内涵，为科学制定害虫生态防控新策略和新技术奠定了理论基础。

据了解，中国农业科学院植物保护研究所为本论文第一完成单位，此外，该工作得到了国家自然科学基金和中国农业科学院创新工程项目的资助。