次生代謝產物是植物防御植食性昆蟲為害的重要武器，目前在不同植物中已經鑒定出很多抗蟲相關次生代謝產物，這些化合物大都作用于害蟲本身。而內共生菌普遍存在于昆蟲體內，是許多昆蟲生長發育和繁殖的重要“幫手”，植物次生代謝物是否可以作用于這些內共生菌還從未報道。 　　近日，浙江大學昆蟲科學研究所婁永根/李冉團隊在國際知名期刊PNAS上發表了題為“Sakuranetin protects rice from brown planthopper attack by depleting its beneficial endosymbionts”的研究論文，闡述了水稻抗褐飛虱的一種新機制。 　　褐飛虱是水稻上的首要害蟲，嚴重影響水稻的產量。課題組近五年來聚焦水稻JA信號途徑介導的抗蟲性研究，在前期的研究中已經發現，褐飛虱為害顯著激活水稻JA途徑，并且JA正調控水稻對褐飛虱的抗性（Xu et al., 2021, New Phytologist）。進一步研究發現JA-Ile、JA-Val和JA-Leu三種茉莉酸氨基酸螯合物都是有活性的JA信號分子，通過和COI受體蛋白的互作調控水稻對褐飛虱的抗性（Fu et al., 2022, Plant Cell and Environment）。除了COI1a和COI1b以外，有活性JA也可以和COI2結合。COI1和COI2都參與水稻對褐飛虱的抗性，但不同受體調控的下游防御途徑有所不同（Wang et al., 2023, New Phytologist）。 　　為了更進一步明確JA如何參與水稻對褐飛虱的抗性，課題組關注到了一種JA調控的類黃酮類次生代謝產物——櫻花素（sakuranetin）。褐飛虱為害可以顯著激活水稻櫻花素合成基因NOMT的表達，并且在褐飛虱危害部位積累大量的櫻花素。通過基因編輯構建了NOMT敲除突變體，突變體喪失了櫻花素的合成能力，并且表現出對褐飛虱的抗性減弱。櫻花素被廣泛認為是一種水稻的抗毒素，主要參與水稻對病原菌的抗性。鑒于內生菌在半翅目昆蟲中發揮的重要作用，作者猜測櫻花素是否可以作用于內共生菌來影響褐飛虱。對取食nomt突變體和野生型植株的褐飛虱蟲體進行擴增子測序表明，類酵母共生菌（yeast-like symbionts, YLS）在取食不同植物的褐飛虱體顯著性差異富集。YLS是褐飛虱體內最為豐富的內共生真菌，為褐飛虱提供多種必需氨基酸以及膽固醇，并參與褐飛虱氮素的重新利用。定量結果也顯示櫻花素可顯著性降低褐飛虱體內YLS的數量以及褐飛虱體內膽固醇的積累。本研究報道了一種全新的植物抗蟲機制，即植物可以利用次生代謝產物抑制蟲體內的有益內共生菌來“間接”防御植食性昆蟲，該研究為褐飛虱的綠色防控提供了全新的視角。 　　浙江大學昆蟲所劉夢雨博士后和浙江省農科院生物所洪高潔研究員為論文第一作者，浙江大學昆蟲所李冉研究員為論文通訊作者。浙江大學婁永根教授、南京農業大學邴孝利副教授、西北農林科技大學靖湘峰教授以及德國馬普化學生態研究所的Ian Baldwin教授和Jonathan Gershenzon教授對本研究給予了大力幫助。該研究得到了十四五國家重點研發計劃（2021YFD1401100）、馬普伙伴小組計劃和海外高層次人才項目的資助。 　　原文鏈接：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2305007120 　　（昆蟲科學研究所）