Nature Communications | 基因组所王桂荣团队揭示“花香暗语”——传粉系统中植物-昆虫-微生物的新型互作机制

近日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所(岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心)王桂荣团队在国际知名期刊《自然·通讯（Nature Communications）》上发表了题为“Yeast-derived volatiles orchestrate an insect-yeast mutualism with oriental armyworm moths”的研究论文。该研究首次揭示了花粉系统中的酵母通过代谢挥发性有机物异戊醇，精准引导东方黏虫定位富含花粉的发酵花蜜，进而揭开了昆虫、微生物与植物之间复杂互作机制的新篇章。研究不仅进一步阐明了酵母菌与昆虫之间的“互利循环”，而且通过对东方黏虫的嗅觉感受机制的研究，鉴定了其感受这些挥发性物质的特异性的嗅觉信号通路，丰富了昆虫-植物-微生物互作的生态学理论，为农业害虫的绿色防控提供了潜在的应用前景。

长期以来，科学界普遍认为吸引昆虫的花香主要源自植物本身的芳香物质。然而，近年来的研究发现，花蜜常被微生物，尤其是酵母菌侵染，其代谢产生的挥发性有机物会影响昆虫的访花行为。尽管花蜜本身含糖量高且具有较高的碳氮比，这种环境通常抑制了微生物的增殖及挥发物的产生，但研究表明，花粉的加入可以显著改变这一情况。花粉不仅提升了花蜜中的氨基酸等物质含量，还降低了碳氮比，从而促进微生物的生长和代谢活动，尤其是酵母菌的代谢过程。这一发现为我们理解花蜜中微生物代谢挥发物对昆虫行为的影响提供了新的视角。然而，花蜜中微生物释放的挥发物如何吸引昆虫觅食传粉，其作用机制及生态学意义尚不清楚。研究团队以此为切入点，开展了系统性研究，旨在揭示花粉系统中植物-昆虫-微生物互作的深层机制。

研究团队发现，酵母菌在富含花粉的花蜜中才能大量产生挥发性物质，而这些物质的产生对东方黏虫具有显著的吸引作用。通过对东方黏虫嗅觉感受机制的研究，研究人员发现，东方黏虫通过触角上的特定嗅觉受体MsepOR8识别异戊醇。当这个受体受到异戊醇刺激时，神经信号传导至特定的嗅小球AM2，进而传递到大脑的嗅觉中枢。这一研究成果表明，东方黏虫依赖于该特定的神经回路精确感知异戊醇这一挥发性物质，失去该感知能力的个体将无法有效响应这一化学信号，导致觅食行为的改变。进一步的实验表明，这一气味引导机制形成了一个精密的“互利循环”：酵母通过异戊醇吸引东方黏虫来采食富含花粉的发酵花蜜，而东方黏虫在此过程中传播了酵母菌的孢子至新的花源。此外，花粉的摄取对东方黏虫的生殖力具有显著促进作用，食用含花粉花蜜的蛾类其产卵量比仅食用纯花蜜的个体高出近40%。这一现象不仅证明了酵母和东方黏虫之间的互利关系，还揭示了花蜜和花粉在昆虫觅食选择中的重要作用。

该研究从分子、神经以及行为学多层面全方位解析了酵母菌代谢挥发物调控东方黏虫觅食行为的作用机制，并深入探讨了这一机制在昆虫、微生物和植物互作中的生态学意义。为昆虫通过嗅觉识别并选择富含营养的花蜜、促进花蜜生态系统运作提供了有力的证据。研究中揭示的“昆虫-酵母-植物”三方互作模式，不但对提升生态农业系统中授粉效率提供了全新的思路和应用方向，同时也为绿色害虫防控技术的研发提供了新的途径和靶标。

该研究由中国农业科学院深圳农业基因组研究所(岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心)主导完成，基因组所（大鹏湾实验室）王桂荣研究员为通讯作者，基因组所（大鹏湾实验室）博士后马百伟与基因组所（大鹏湾实验室）常贺坦研究员为共同第一作者。浙江农林大学郭孟博副教授、植保所博士后艾东、硕士生王佳玉和陈润、基因组所（大鹏湾实验室）博士后刘晓岚、东北师范大学任炳忠教授以及马克斯·普朗克研究所Bill S. Hansson教授等参与了该项研究。

该研究得到了国家自然科学基金、深圳市科技计划项目、深圳市大鹏新区科技创新和产业发展专项资金及中国农业科学院创新工程的资助。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-56354-3