近日，中國農業科學院植物保護研究所抗病蟲作物生態安全評價與利用創新團隊在國際知名期刊《New Phytologist》發表了題為“Stemborer-induced rice plant volatiles boost direct and indirect resistance in neighboring plants”的研究論文。本論文系統研究了蟲害誘導植物揮發物（herbivore-induced plant volatiles, HIPVs）在稻株間信息交流過程中發揮的生態調控功能，發現二化螟為害誘導產生的水稻揮發物可以被鄰近的稻株感知和識別，迅速啟動防御準備，當遭受二化螟為害時能夠啟動更快更強的防御反應，揭示了HIPVs調控鄰近稻株抗蟲防御反應的生化和分子機理。   　　在生態系統中，HIPVs在調控植物與其他生物的互作關系中發揮重要功能。HIPVs可被昆蟲利用作為線索定位寄主或獵物，同時可以作為一種“預警信號”被相鄰植物識別，迅速進入“預警狀態”，為后續可能遭受到的蟲害脅迫提前做好準備。當蟲害脅迫來臨時，處于“預警狀態”的植株會表現出更快的反應能力、更強的抗性和耐受性。這一現象在玉米、番茄和茶樹等多種植物中均有報道，但具體的分子和生化機制有待深入解析。   　　水稻是我國重要的糧食作物，通常密集種植，植物間緊密接觸，因此HIPVs在稻株間互作關系中可能發揮重要的作用，然而有關HIPVs介導的稻株間信息交流的研究罕見報道。近年來，抗病蟲作物生態安全評價與利用創新團隊以水稻-二化螟-二化螟盤絨繭蜂三營養層關系為研究體系，系統分析了二化螟為害誘導水稻揮發物對鄰近稻株防御反應的調控作用。結果顯示，相比暴露于健康水稻揮發物的稻株，暴露于二化螟為害誘導水稻揮發物的稻株在后續二化螟為害后，稻株組織中茉莉酸（JA）和蛋白酶抑制劑（PI）途徑相關基因表達更快，表達水平顯著上調，JA和PI的含量也隨之提高，顯著抑制二化螟幼蟲的生長發育。此外，暴露于HIPVs后的稻株，受二化螟為害后其揮發物的釋放量明顯增加，特別是一些對二化螟盤絨繭峰具有引誘作用的揮發物（如芳樟醇、DMNT等）的釋放量顯著提升，增強了臨近稻株的間接防御反應（Yao et al., 2022. New Phytol）。   　　該研究從生物學現象，到相關水稻防御基因表達，再到具體防御物質的累積，系統深入地揭示了二化螟為害誘導水稻揮發物對鄰近稻株直接和間接抗蟲防御的調控機理。研究結果不但有助于深入理解植物-植物、植物-植食性昆蟲間的協同進化關系和機制，同時也為制定稻田害蟲綠色防控新策略和新技術提供了理論基礎。   　　中國農業科學院植物保護研究所為本論文第一完成單位，植保所碩士研究生姚誠誠（目前在中國農大攻讀博士）為論文第一作者，植保所李云河研究員和瑞士紐沙泰爾大學Ted Turlings教授為論文共同通訊作者。本團隊杜立嘯博士、博士生胡曉云、信陽師范學院劉清松博士和紐沙泰爾大學葉文豐博士參與了本工作。本研究得到了國家自然科學基金國際合作項目和中國農業科學院科技創新工程等項目的資助。   論文鏈接：https://doi.org/10.1111/nph.18548