近日，沈阳农业大学植物保护学院杨雪清教授团队在《细胞》（Cell）旗下《交叉科学》（iScience）上在线发表研究论文“Secondary metabolites in host pears defense against two fruit borers and cytochrome P450-mediated counterdefense”。这项研究为更好地理解植食性昆虫与植物协同进化，揭示重大农业入侵害虫苹果蠹蛾寄主适应性提供了科学依据。

在植食性昆虫与植物的长期共进化过程中，植物次生代谢物质已成为对植食性昆虫最多样、最有效的防御手段，而昆虫则演化出复杂的适应性策略以抵御植物次生代谢物质带来的威胁进而存活下来。杨雪清教授团队前期研究表明，外来入侵种苹果蠹蛾（Cydia pomonella）与本地同域近缘种梨小食心虫（Grapholitha molesta）存在种间竞争，且二者对寄主植物次生代谢物质的响应策略截然不同（Bai et al., 2024, Science of the Total Environment）。然而，对寄主植物次生代谢物对两种食心虫的防御机制，以及昆虫的反防御机制的种间差异的认识仍十分有限。

本研究报道了两种食心虫的寄主梨中存在的植物次生代谢物质种类，以及植物次生代谢物质对入侵种苹果蠹蛾和本地种梨小食心虫的防御和它们的反防御机制。在南果梨（Pyrus ussuriensis）和苹果梨（Pyrus bretschneideri）的成熟过程中，果实硬度逐渐降低，而两种食心虫的蛀果率逐渐升高。

在两种果实的不同发育阶段，植物次生代谢物质的含量发生显著变化。其中，绿原酸、表儿茶素、儿茶素、芦丁、没食子酸和异槲皮素的含量在果实发育过程中呈下降趋势，槲皮素含量先上升后下降。两种食心虫危害后，南果梨和苹果梨中除儿茶素的含量无明显变化，绿原酸、表儿茶素、没食子酸、异槲皮素、芦丁和槲皮素含量升高。值得注意的是，槲皮素的含量只有在苹果蠹蛾危害后才会增加。取食槲皮素对两种食心虫种群的发展有不同的影响，表现为抑制苹果蠹蛾种群增长，促进梨小食心虫增长，这可能是由于槲皮素激活了细胞色素P450酶。与槲皮素不同的是，芦丁对两种食心虫的发育均有显著的抑制作用，且对梨小食心虫的抑制效果更明显。

干扰苹果蠹蛾CYP6AW1和 CYP6K1b以及梨小食心虫 CYP6B74 和 gm_13876基因表达，会降低两种食心虫适应槲皮素的能力，主要表现为：抑制了幼虫的相对摄食率、相对生长率、摄入食物的转化效率和消化食物的转化效率，导致4龄幼虫取食含槲皮素的人工饲料后体重增长下降。进一步研究发现，梨小食心虫拥有两个可以代谢槲皮素的P450基因，即CYP6B74和gm_13876，并以CYP6B74代谢能力更强。有趣的是，苹果蠹蛾只有一个P450基因(CYP6K1b)可以代谢槲皮素，但其还对芦丁具有强大的代谢能力，帮助其适应了寄主果实中的芦丁。上述结果表明，苹果蠹虫代谢槲皮素和芦丁的能力赋予了其强大的寄主适应性，并可能有助于其全球入侵。

沈阳农业大学植物保护学院已毕业硕士研究生张世攀，博士研究生白冰为论文的共同第一作者，杨雪清教授为论文通讯作者。沈阳农业大学植物保护学院硕士研究生陈高满、王雅琪、刘栩菲，博士研究生胡超，高萍副教授，李玉婷讲师，以及中国农业科学院茶叶研究所付楠霞副研究员参与了本项研究。本研究得到了国家重点研发计划(2021YFD1400200)的资助。

论文链接：https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(24)00739-9#%20