玉米植物將次級(jí)代謝產(chǎn)物釋放到與鐵結(jié)合的土壤中，從而促進(jìn)其被植物吸收。西方玉米根蟲(chóng)(Diabrotica virgifera)是世界上經(jīng)濟(jì)上最重要的玉米害蟲(chóng)，被這些復(fù)合物吸引，從玉米植物中提取結(jié)合鐵并將其用于自身營(yíng)養(yǎng)。憑借這些見(jiàn)解，研究人員為西方玉米根蟲(chóng)作為全球玉米害蟲(chóng)取得的巨大成功提供了新的解釋。該研究發(fā)表在“科學(xué)”雜志上。

西部玉米根蟲(chóng)導(dǎo)致玉米產(chǎn)量每年損失超過(guò)20億美元，因此是農(nóng)業(yè)中經(jīng)濟(jì)上最重要的害蟲(chóng)之一。這種昆蟲(chóng)起源于美國(guó)，但近年來(lái)它在歐洲的出現(xiàn)有所增加。它對(duì)許多常規(guī)害蟲(chóng)控制策略具有抗性，并且玉米植物的天然防御機(jī)制對(duì)這種特定的敵人幾乎沒(méi)有提供保護(hù)。

來(lái)自伯爾尼大學(xué)的Christelle Robert和Matthias Erb過(guò)去表明，玉米根蟲(chóng)對(duì)最重要的一類玉米防御代謝產(chǎn)物苯并惡嗪類具有抗性。羅伯特證明了根蟲(chóng)幼蟲(chóng)甚至被苯并惡嗪類吸引，可以利用這些物質(zhì)來(lái)防御有益的線蟲(chóng)。然而，到目前為止，尚不清楚哪種苯并惡嗪類吸引了根蟲(chóng)。遺傳學(xué)，化學(xué)和行為生態(tài)學(xué)的結(jié)合使科學(xué)家們現(xiàn)在能夠解決這個(gè)問(wèn)題：當(dāng)芐沙星類似物與鐵結(jié)合時(shí)，根蟲(chóng)幼蟲(chóng)會(huì)識(shí)別在根表面形成的特定鐵絡(luò)合物。

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年輕玉米植物的根部釋放苯并惡嗪類，其與鐵結(jié)合并在土壤中形成復(fù)合物。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些復(fù)合物可提高玉米植株的鐵利用率，從而改善植物生長(zhǎng)。但是根蟲(chóng)使用這些完全相同的鐵復(fù)合物 - 根蟲(chóng)幼蟲(chóng)使用苯并惡嗪 - 鐵復(fù)合物來(lái)引導(dǎo)它們到玉米植物的營(yíng)養(yǎng)豐富的冠根。同時(shí)，他們根據(jù)自己的需要攝取這些復(fù)合物。

“玉米根蟲(chóng)已經(jīng)發(fā)展出一種聰明的策略，可以利用其宿主植物生產(chǎn)生物鐵的能力?？杀氖?，這種策略使昆蟲(chóng)嚴(yán)重?fù)p害玉米植株，從而導(dǎo)致大量作物失敗，”Christelle Robert說(shuō)。“這種行為也給植物育種者帶來(lái)了兩難境地。為了擺脫根蟲(chóng)，它們必須減少根中苯并惡嗪類的釋放。然而，這也會(huì)破壞植物吸收鐵的能力。但是，現(xiàn)在我們了解根蟲(chóng)如何在土壤中定位，我們可以開(kāi)始尋找減少根蟲(chóng)損害的方法。“這位科學(xué)家解釋說(shuō)，她一直在考慮使用鐵絡(luò)合物作為引誘劑從玉米根部轉(zhuǎn)移根蟲(chóng)的可能性。

該研究的結(jié)果突出了植物在食草動(dòng)物突破并發(fā)展對(duì)防御的耐受性時(shí)面臨的兩難困境。“由于苯并惡嗪類在食草動(dòng)物防御和養(yǎng)分吸收方面都起作用，植物很難立即停止生產(chǎn)具有許多其他重要功能的防御化合物。挑戰(zhàn)將是種植能夠更好地保護(hù)自己的玉米植物。世界上最具破壞性的玉米害蟲(chóng)，不會(huì)損害其鐵營(yíng)養(yǎng)，“馬克斯普朗克化學(xué)生態(tài)研究所的Jonathan Gershenzon說(shuō)。他與TobiasKöllner及其在耶拿的團(tuán)隊(duì)一起為玉米育種做出了貢獻(xiàn)在苯并惡嗪類生物合成的不同步驟中敲除的細(xì)胞系。這些品系對(duì)于鑒定苯并惡嗪類是必需的，所述苯并惡嗪類在與鐵結(jié)合后形成根蟲(chóng)識(shí)別并用作植物選擇線索的化合物。

西方玉米根蟲(chóng)能夠感知鐵復(fù)合物并相應(yīng)地調(diào)整其飲食行為這一事實(shí)也與理解食物鏈有關(guān)。“許多重要的微量元素與自然界中的有機(jī)分子結(jié)合在一起。因此，我們期望其他高等生物也能夠感知生物可利用的微量元素，并攝取它們以改善其營(yíng)養(yǎng)平衡，”Matthias Erb說(shuō)。“西方玉米根蟲(chóng)是一種令人沮喪但又非常迷人的害蟲(chóng)，它剛剛教會(huì)了我們一種新的自然伎倆。”