李云河研究团队揭示Bt和非Bt水稻协同调控稻飞虱种群动态的生态机制

    近日,植物病虫害生物学国家重点实验室转基因生物安全研究组在Plant Biotechnology Journal(IF="7.44)上发表题为“ Bt rice could provide ecological resistance against nontarget planthoppers( Bt 水稻对非靶标昆虫稻飞虱具有生态抗性)”的研究论文,揭示了 Bt 和非 Bt 水稻协同调控稻飞虱种群动态的生态和生化机制。
   
转 Bt 基因抗虫作物的长期种植可导致的非靶标害虫的种群上升,甚至爆发成灾,这种现象已在 Bt 棉花和 Bt 玉米上得到证实。因此, Bt 水稻的种植是否会引起稻田重要非靶标害虫稻飞虱的种群上升,一直是研究者关注的焦点问题。然而,田间调查发现, Bt 稻田非靶标害虫飞虱(褐飞虱/白背飞虱)种群数量不升反降。这一现象自2003年被首次报道,十多年来,相关的生态机制一直无法阐明。我所李云河博士带领的研究团队将昆虫化学生态学理论引入转基因作物生态效应研究,着眼于靶标害虫二化螟与稻飞虱的种间关系,发现了稻飞虱对二化螟为害稻株具有显著的取食偏爱性。基于这一发现,提出研究假设:相邻非 Bt 水稻遭受二化螟较重的为害,虫害诱导水稻挥发物吸引稻飞虱从 Bt 稻田向非 Bt 稻田扩散转移,最终导致 Bt 稻田飞虱种群密度下降。通过实验室、温室和田间罩笼试验证实了这一假设的正确性。并进一步开展了GC-MS试验和代谢组学试验,明确了二化螟为害可诱导水稻产生吸引飞虱的信息挥发物,并导致水稻组织内氨基酸含量提高、甾醇含量下降,这些变化均有利于飞虱的生长发育,从而揭示了稻飞虱偏爱二化螟为害稻株的生化机理。基于该研究结果,国际上首次提出了 Bt 作物对非靶标昆虫具有“生态抗性”的新概念。研究说明了 Bt 水稻不但能有效防治二化螟,还同时对非靶标害虫飞虱具有间接的“抗性”作用,结果为制定以 Bt 水稻为主导的害虫综合防治策略提供科学依据,同时为深入理解转基因作物的生态效应提供了新的思路和方法。
   
我室博士生王兴云和刘青松为论文并列第一作者,李云河研究员为论文的通讯作者。该研究得到了国家转基因生物新品种培育重大专项和中国农科院科技创新工程的资助。

    原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.12911