华东师范大学生态与环境科学学院陈小勇团队与国内外团队合作，以榕属植物薜荔及其专性传粉者薜荔榕小蜂为研究对象，通过组装两个物种的高质量基因组并结合多组学分析方法，首次确定了传粉小蜂识别宿主榕属植物和幼虫适应宿主化学防御的分子机制。该研究以薜荔和薜荔榕小蜂为例，揭示了强制性共生互惠体系中植物与传粉昆虫相互适应的分子机制。相关研究论文近日发表于《自然—生态学与进化》。
传粉昆虫与虫媒传粉植物间的相互适应是驱动这两大生物类群多样化的重要机制，但两者相互适应的分子机制尚不清楚。榕属植物仅依靠专性榕小蜂传粉，这些小蜂也仅能利用榕属的隐头花序繁衍后代，幼虫通过吸收植物养分成长。这一高度特化的强制性共生关系通过传粉小蜂识别宿主榕属植物释放的特殊气味，以及小蜂幼虫适应宿主植物化学防御得以维系。
该研究首先从野外采集薜荔花序释放的气味，采用气相色谱分析、昆虫信息素检测技术和昆虫行为学实验鉴定出薜荔释放的特异性吸引薜荔榕小蜂的挥发性物质癸醛。通过比较基因组、转录组、蛋白组分析以及功能验证，确定了传粉小蜂结合癸醛的气味结合蛋白，并确定了薜荔在接受前期和接受期调控排斥小蜂的壬醛及吸引小蜂的癸醛生物合成途径。
薜荔及其传粉榕小蜂的生活史(A)；雄性薜荔榕小蜂(无翅，身体结构特化，终身在隐头花序中生活)(B)；
雌性薜荔榕小蜂(C)；雌性薜荔榕小蜂聚集于薜荔隐头花序外侧，准备进入花序传粉/产卵(D)
论文共同第一作者、该学院副教授王嵘介绍说，薜荔榕小蜂成虫将卵产在薜荔花序的雌花子房中形成虫瘿，其幼虫依靠植物提供的养分生长发育，故薜荔榕小蜂幼虫与薜荔也存在拮抗关系。研究人员发现，被传粉小蜂幼虫占据的虫瘿中防御性次生代谢物组成与正常薜荔种子高度相似，小蜂产卵行为并未引发植物的应激反应、提高化学防御力。
专家表示，这项研究首次揭示了传粉者与植物间的共生关系维持的分子机制与相关重要基因，这些发现拓宽了人们对共生关系形成机制的理解。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41559-021-01469-1
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记者丨黄辛
来源丨中国科学报 头版
编辑丨李梓昕
编审丨戴琪
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