劍橋大學(xué)的植物科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，黃瓜花葉病毒(CMV)會改變它感染的番茄植株中的基因表達，從而導(dǎo)致植物釋放的空氣中的化學(xué)物質(zhì) - 氣味 - 發(fā)生變化。蜜蜂可以聞到這些微妙的變化，溫室實驗表明，大黃蜂更喜歡受感染的植物而不是健康的植物。

科學(xué)家表示，通過間接操縱蜜蜂的行為，通過改變它們的氣味來改善受感染植物的授粉，這種病毒實際上正在向其寄主回報。這也可能使病毒受益：幫助傳播易受感染的植物花粉，并在此過程中抑制病毒抗性植物菌株出現(xiàn)的機會。

今天發(fā)表在PLOS病原體雜志上的這項新研究的作者說，了解吸引蜜蜂的氣味，并通過使用類似的化學(xué)混合物人工繁殖這些氣味，可以使種植者保護甚至提高蜜蜂授粉作物的產(chǎn)量。

“蜜蜂在世界四分之三的糧食作物生產(chǎn)中提供了至關(guān)重要的授粉服務(wù)。隨著數(shù)量迅速下降，科學(xué)家們一直在尋找利用傳粉能力來提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的方法，”研究主要研究者John Carr博士說。 ，劍橋病毒學(xué)和分子植物病理學(xué)組組長。

“更好地了解吸引蜜蜂的天然化學(xué)物質(zhì)可以提供增強授粉的方法，并吸引蜜蜂獲得良好的花粉和花蜜來源 - 這是他們生存所需要的，”卡爾說。

他與劍橋大學(xué)植物園主任Beverley Glover教授一起進行了這項研究，在那里進行了許多實驗，并與Rothamsted Research的合作者進行了研究。

CMV由蚜蟲傳播 - 蜜蜂不攜帶病毒。它是影響番茄植物的最普遍的病原體之一，導(dǎo)致小型植物具有品嘗不良的水果，可能對栽培作物造成嚴(yán)重損失。

CMV不僅是園藝作物中最具破壞性的病毒之一，而且它仍然存在于野生植物種群中，Carr說新的研究結(jié)果可以解釋為什么：“我們驚訝于蜜蜂喜歡被病毒感染的植物的氣味 -它沒有任何意義。你認為傳粉者更喜歡健康的植物。然而，模型表明，如果傳粉者偏向于野外的病株，這可能會短路自然選擇抗病性，“他說。

“這種病毒可以獎勵對疾病敏感的植物，同時產(chǎn)生新的寄主，它可以感染它以防止它自己滅絕。也許就是眾所周知的共生共生。”

科學(xué)家表示，蜜蜂的授粉增加也可以彌補病毒感染植物較小果實中種子產(chǎn)量的下降。研究結(jié)果還揭示了植物與病毒之間進化的“軍備競賽”的復(fù)雜程度，其中傳統(tǒng)上認為植物不斷發(fā)展出新的抗病形式，而病毒則以新的方式逃避它。

“我們希望植物易受疾病影響，但是為了使它們對傳粉媒介更具吸引力，病毒會給這些植物帶來優(yōu)勢。我們的結(jié)果表明，植物病原體軍備競賽的情況比以前認為的要復(fù)雜得多，而且在某些情況下，我們應(yīng)該以更積極的方式思考病毒，“卡爾說。

植物釋放出“揮發(fā)物”，與氣味有關(guān)的空氣傳播的有機化合物，以吸引傳粉媒介并抑制食用植物的動物和微生物。人類已將它們用作香水和香料已有數(shù)千年之久。

研究人員在個別容器中種植植物，并收集來自CMV感染植物以及“模擬感染”對照植物的排放物。

通過質(zhì)譜分析，研究人員可以看到病毒引起的排放變化。他們還發(fā)現(xiàn)大黃蜂可聞到這些變化。在植物園的一個小型“飛行競技場”中逐一發(fā)布，并且研究人員用秒表計時，蜜蜂一直首先前往受感染的植物，并在那些植物上花費更長時間。

“蜜蜂對植物釋放的揮發(fā)物混合物更加敏感，可以檢測到化學(xué)品混合物的微妙差異。事實上，它們甚至可以接受培訓(xùn)，以檢測合成物質(zhì)(包括爆炸物和藥物)排放的化學(xué)物質(zhì)痕跡，”卡爾說。

分析顯示該病毒產(chǎn)生一種叫做2b的因子，它重新編程番茄植株的基因表達并引起氣味的變化。

植物病害流行病學(xué)家Nik Cunniffe博士在劍橋植物科學(xué)系的數(shù)學(xué)建模研究了實驗結(jié)果如何應(yīng)用于溫室外。該模型顯示了受感染植物的傳粉者偏見如何導(dǎo)致疾病易感性基因在極大數(shù)代的植物群體中持續(xù)存在。

最新研究是近八年(以及多次蜜蜂叮咬)工作的高潮。該研究結(jié)果將成為與皇家園藝學(xué)會新合作的基礎(chǔ)，旨在增加對栽培作物的授粉媒介服務(wù)。

到2050年，全球人口估計將達到90億，生產(chǎn)足夠的糧食將成為本世紀(jì)最大的挑戰(zhàn)之一。Carr，Glover和Cunniffe都是劍橋劍橋全球糧食安全倡議的成員，該倡議參與解決地方，國家和國際范圍內(nèi)的糧食安全問題。

劍橋植物園使用最先進的實驗溫室，劍橋和Rothamsted的設(shè)備由Leverhulme Trust資助。