近日，我校生物與資源環(huán)境學(xué)院都市農(nóng)林害蟲綠色防控團(tuán)隊(duì)在Plant Biotechnology Journal上發(fā)表了題為Mother knows worst? Fungal infection enhances corn flavonoid of wogonin to inhibitConogethes punctiferalislarval growth的研究論文。該研究以微生物-玉米-桃蛀螟三者互作系統(tǒng)為研究對(duì)象，基于前期發(fā)現(xiàn)桃蛀螟雌蛾對(duì)棘孢木霉侵染的玉米具有主動(dòng)規(guī)避的產(chǎn)卵選擇策略，進(jìn)一步明確了取食染菌玉米顯著抑制桃蛀螟幼蟲生長(zhǎng)發(fā)育。通過(guò)腸道微生物擴(kuò)增子測(cè)序及轉(zhuǎn)錄組測(cè)序發(fā)現(xiàn)染菌玉米對(duì)桃蛀螟幼蟲腸道菌群多樣性、核心菌群豐度及腸道基因差異表達(dá)具有潛在影響。此外，通過(guò)玉米接菌前后代謝組檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，玉米中的黃酮類次生代謝物漢黃芩素含量顯著上升；又通過(guò)體外生測(cè)實(shí)驗(yàn)，揭示了漢黃芩素通過(guò)影響幼蟲蛻皮激素穩(wěn)態(tài)和抑制腸道核心菌株豐度來(lái)抑制幼蟲生長(zhǎng)的作用機(jī)制。

桃蛀螟作為重要的鉆蛀性害蟲，危害桃、李、蘋果、向日葵、蓖麻、玉米、高粱等多種果樹、油料及糧食作物，近年來(lái)在玉米上的危害逐年加重。研究團(tuán)隊(duì)前期從玉米穗腐病病原微生物中分離出一株棘孢木霉并明確桃蛀螟雌成蟲對(duì)染菌玉米具有產(chǎn)卵回避策略，進(jìn)一步通過(guò)室內(nèi)生測(cè)實(shí)驗(yàn)揭示取食染菌玉米顯著抑制桃蛀螟幼蟲生長(zhǎng)（圖1）。

圖1. 接菌玉米抑制桃蛀螟幼蟲生長(zhǎng)

團(tuán)隊(duì)通過(guò)16SrDNA擴(kuò)增子測(cè)序發(fā)現(xiàn)取食染菌玉米改變幼蟲腸道結(jié)構(gòu)和多樣性，顯著降低核心菌腸球菌豐度（圖2）；此外轉(zhuǎn)錄組測(cè)序揭示幼蟲體內(nèi)生長(zhǎng)激素代謝途徑關(guān)鍵基因差異表達(dá)（圖3）；同時(shí)與表型關(guān)聯(lián)分析，明確了顯著正相關(guān)分子模塊中的基因集與生長(zhǎng)激素和表皮幾丁質(zhì)合成具有潛在關(guān)聯(lián)。

圖2. 接菌玉米對(duì)桃蛀螟幼蟲腸道微生物結(jié)構(gòu)和豐度的影響

圖3. 取食健康和接菌玉米的桃蛀螟幼蟲腸道轉(zhuǎn)錄組比較分析

進(jìn)一步利用玉米接菌前后代謝組檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，染菌玉米中的黃酮類次生代謝物漢黃芩素含量顯著上升，體外生測(cè)實(shí)驗(yàn)明確桃蛀螟幼蟲取食含有漢黃芩素的人工飼料后體內(nèi)保幼激素代謝途徑關(guān)鍵基因差異表達(dá)、保幼激素異常積累，同時(shí)腸道中核心菌腸球菌豐度顯著降低，最終造成桃蛀螟幼蟲死亡率顯著上升（圖4）。

圖4. 感菌玉米次生代謝物含量的差異變化

寄主植物受病原微生物侵染后導(dǎo)致植食性昆蟲對(duì)其趨向性及適應(yīng)性發(fā)生改變。雌性成蟲根據(jù)自身環(huán)境經(jīng)歷的選擇行為有利于其后代規(guī)避不良環(huán)境因素，從而保證后代健康生長(zhǎng)發(fā)育。本研究利用多組學(xué)技術(shù)和方法從后代及寄主植物綜合角度佐證了親代昆蟲根據(jù)環(huán)境經(jīng)歷做出偏好行為的正確性，揭示了病原微生物介導(dǎo)寄主植物抑制昆蟲生長(zhǎng)的作用機(jī)制（圖5）。研究結(jié)果對(duì)加深微生物-寄主植物-桃蛀螟三者互作機(jī)制的理解具有重要意義，為桃蛀螟生防菌資源利用及植物抗蟲基因挖掘和分子育種提供理論依據(jù)。

圖5. 感染棘孢木霉的玉米抑制桃蛀螟幼蟲生長(zhǎng)的作用機(jī)制示意圖

我校生物與資源環(huán)境學(xué)院植物保護(hù)系昆蟲方向青年教師李遷博士為論文第一作者，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人杜艷麗教授為論文通訊作者。研究生李佳昱、仝月，本科生武楷寧參與了該研究工作，昆蟲系張愛(ài)環(huán)教授對(duì)論文提供了重要指導(dǎo)。研究工作得到了北京市自然科學(xué)基金、北京市教委科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目、北京農(nóng)學(xué)院科技創(chuàng)新“火花行動(dòng)”支撐計(jì)劃、北京農(nóng)學(xué)院開放課題及都市農(nóng)林學(xué)新興交叉學(xué)科平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目的資助。

都市農(nóng)林害蟲綠色防控團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期深耕昆蟲-植物互作機(jī)制與生態(tài)調(diào)控研究領(lǐng)域。團(tuán)隊(duì)將圍繞“落實(shí)教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要，推動(dòng)學(xué)校事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展”主題主線，以“實(shí)干創(chuàng)先年”為抓手，不斷提升科技創(chuàng)新能力，繼續(xù)開展微生物-植物-昆蟲三元互作系統(tǒng)的昆蟲嗅覺(jué)識(shí)別及適應(yīng)性進(jìn)化機(jī)制的基礎(chǔ)研究，以及圍繞病原微生物/植物揮發(fā)物的昆蟲行為調(diào)控劑研發(fā)和基于RNAi技術(shù)的昆蟲關(guān)鍵靶標(biāo)基因挖掘和利用等應(yīng)用基礎(chǔ)研究，持續(xù)產(chǎn)出高水平科技成果并通過(guò)科研反哺教學(xué)，構(gòu)建產(chǎn)教融合人才培養(yǎng)模式，著力提升人才自主培養(yǎng)質(zhì)量，為加快建設(shè)國(guó)內(nèi)一流國(guó)際知名都市農(nóng)林特色高水平應(yīng)用型大學(xué)作出積極貢獻(xiàn)。