近日，国际知名期刊《eLife》在线发表了中国农业科学院植物保护研究所李云河研究团队完成的题为“Caterpillar-induced rice volatiles provide enemy-free space for the offspring of the brown planthopper”研究论文。该研究系统分析了水稻介导的二化螟-褐飞虱-稻虱缨小蜂的多重种间关系，揭示了褐飞虱借助二化螟诱导水稻挥发物规避稻虱缨小蜂对其卵寄生的生态和生化机制。论文讲述了一个“小虫子，大智慧”的有趣故事。
二化螟和褐飞虱是我国稻田非常重要的两种水稻害虫，爆发年份可导致水稻严重减产。该团队在前期的研究中明确了褐飞虱对二化螟为害稻株具有显著的取食和产卵偏爱性，揭示了当Bt和非Bt水稻相邻种植时，由于非Bt水稻受二化螟幼虫为害显著高于Bt稻田，诱使褐飞虱向非Bt稻田扩散的生态学机制（Wangetal., 2018.Plant Biotech. J.）。然而，该研究中未能明确褐飞虱偏爱与二化螟共享寄主这一行为的内在驱动力。
图1. 研究对象：二化螟、褐飞虱及飞虱寄生蜂
被捕食或寄生风险是影响昆虫寄主选择的重要因素，因此作者推测褐飞虱偏爱与二化螟共享寄主可能与逃避天敌有关。基于这一假设，该团队研究了水稻介导的二化螟-褐飞虱-稻虱缨小蜂的互作关系。结果发现：①褐飞虱单独为害诱导水稻挥发物对稻虱缨小蜂具有显著的引诱作用，而二化螟为害诱导水稻挥发物对稻虱缨小蜂具有显著的排斥作用；②当褐飞虱与二化螟共享寄主时，水稻挥发物对稻虱缨小蜂的引诱作用显著降低，甚至逆转为排斥作用，降低缨小蜂对稻飞虱卵的定位能力；③温室和田间试验证实，通过与二化螟共享寄主，缨小蜂对稻飞虱卵的寄生率明显下降，最高达80%；④通过对虫害诱导水稻挥发物的鉴定和分析，并采用人工合成植物信息化合物开展行为学试验，揭示了虫害诱导植物挥发物调控三种昆虫种间关系的生化机理。
图2. 稻虱缨小蜂对不同虫害水稻的趋性
本研究表明，褐飞虱进化了高度适应的产卵策略，通过与二化螟共享寄主降低寄生蜂对其卵的寄生率。这一发现进一步丰富了我们对虫害诱导挥发物功能的认知，它不仅被植物利用间接的防御虫害，反之可被植食性昆虫利用抵御天敌昆虫。
基于该研究结果的重要意义，被《eLife》期刊遴选为Top15%论文，并邀请领域内知名专家Youngsung Joo和Meredith Schuman博士撰写‘Insight article’与本论文在eLife期刊同期发表（https://elifesciences.org/articles/60912），深入解读了本研究结果在植物-昆虫协同进化方面的理论意义和在害虫防控方面的实践意义。
图3. 二化螟幼虫为害水稻影响飞虱及其寄生蜂寄主选择行为示意图（Joo & Schuman， 2020）
中国农业科学院植物保护研究所为本论文第一完成单位，硕士研究生胡晓云为论文第一作者，李云河研究员为论文通讯作者，本团队硕士研究生苏双丽和焦耀宇、彭于发研究员及瑞士纽沙泰尔大学Ted Turlings教授和信阳师范学院刘清松博士参与了本工作。该工作得到了国家自然科学基金委、国家转基因作物新品种培育重大专项和中国农业科学院创新工程项目的资助。
论文链接：https://elifesciences.org/articles/55421
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