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螳螂捕蝉黄雀在后:一个分子引发的血案

老猫 发表于  2014-05-30 04:00

在今天发表的《生态学与演化学前沿》(Frontiers in Ecology and Evolution)杂志上,来自佛罗里达大学的研究团队发表了一篇关于物种间交流的论文,文中第一次描述了四个位于食物链不同层级的物种是如何利用同一种信号分子进行交流并彼此利用的。

它们利用的信号分子是水杨酸甲酯,挥发性植物精油“冬青油”的主要成分。虽然只能从杜鹃花科白珠树属、蔷薇科绣线菊属和桦木科桦木属的某些植物中大量提取这种化学成分,但是大部植物都会少量地分泌一些。植物分泌水杨酸甲酯的主要作用是对抗害虫与某些病原菌的侵害。水杨酸甲酯来自于没有挥发性的水杨酸,也很容易重新分解成水杨酸,因此具有一定的毒性。除此之外,这种化学物质有时还会起到外激素的作用,警告周围的其他植株“敌人来了”[1]

水杨酸甲酯的分子结构。图片:wiki commons

但在与植物的长期斗争中,很多害虫都已经不吃这一套了,有些甚至开始反其道而行之——因为散发着水杨酸甲酯的气味的植物意味着它已经被攻击了。对于半翅目木虱科的昆虫柑橘木虱(Diaphorina citri)来说,受伤的柑橘(Citrus spp.)叶片意味着更容易得到的食物、可能的交配机会以及不错的产卵场所,因此它们“黑”进了柑橘的警报防御系统——这些木虱发展出了感受水杨酸甲酯气味信号的能力,一旦发现,它们便会涌向气味的源头[2]

柑橘木虱是柑橘常见害虫之一。图片:wiki commons

但是吸引柑橘木虱的气味可能是一场骗局。柑橘树会感染一种叫做“黄龙病”的树木疾病,病原体是根瘤菌科的亚洲韧皮杆菌(Candidatus Liberibacter asiaticus),这种疾病无法治愈,严重威胁着世界各地的柑橘生产。柑橘木虱非常“喜欢”被黄龙病感染的柑橘树,虽然对它们而言这些被感染的树其实没有什么营养。究其原因,是因为亚洲韧皮杆菌“劫持”了柑橘的部分次生代谢系统,使得被感染的柑橘树产生比正常情况下更多的水杨酸甲酯。这个欺骗性的信号会将柑橘木虱吸引到被感染的柑橘树上。当然被骗只是暂时的,柑橘木虱最终还是会因为营养贫乏而离开被感染的植株,寻找新的食物来源——此时,亚洲韧皮杆菌就可以搭便车,将黄龙病传染给更多柑橘树了[3]

柑橘黄龙病不仅会使柑橘果实变苦、早落,而且会使整个植株枯萎坏死。图片:New York Times

但是,这些病原菌吸引来的不只有柑橘木虱,还有姬小蜂科动物柑橘木虱姬小蜂(Tamarixia radiata)。柑橘木虱姬小蜂是一种行类寄生的寄生蜂,它的寄主是上文提到的柑橘木虱。柑橘木虱姬小蜂会将卵产在幼嫩的木虱体内,它们的幼虫孵化后会吸取木虱的营养,最后杀死木虱羽化成蜂。

柑橘木虱姬小蜂是柑橘树通过分泌水杨酸甲酯搬来的救兵。图片:ucr.edu

美国佛罗里达大学昆虫学与线虫学学院柑橘研究教育中心的卢卡斯·斯特林斯基(Lukasz Stelinski)教授设计实验证明不论是被柑橘木虱侵蚀的柑橘植株、被亚洲韧皮杆菌感染的柑橘植株还是纯粹的水杨酸甲酯都足以吸引柑橘木虱姬小蜂[4]。这个发现使得一个本已十分复杂的信号网络更加深入了一层。

植物、病原体、食草昆虫与寄生蜂类之间通过水杨酸甲酯构成的复杂联系。制图:老猫

虽然植物分泌水杨酸甲酯吸引益虫早已见诸论文[5],但是斯特林斯基教授的发现是第一次证明寄生蜂类会“窃听”植物、病原体与昆虫寄主之间用以信息交流的气味信息。对此,斯特林斯基教授表示:“物种间的信息交流在自然界中十分普遍,但是这样的交流往往仅限于两三个物种之间。这次,我们第一次发现四个不同的物种使用同一个信号分子进行交流,而且这四个物种分别位于不同的食物链层级上。虽然它们的演化历史各不相同,但是它们最终都选择了通过水杨酸甲酯这个信号分子来充分利用它们的猎物。”(编辑:Ent

参考文献

  1. Shulaev V et al., Airborne signalling by methyl salicylate in plant pathogen resistance. (1997) Nature 385:718-721
  2. Grafton-Cardwell EE et al., Biology and management of Asian citrus psyllid, vector of the huanglongbing pathogens. (2013) Annu. Rev. Entomol. 58:413-432
  3. Mann RS et al., Induced release of a plant-defense volatile ‘deceptively’ attracts insect vectors to plants infected with a bacterial pathogen. (2012) PLoS Pathog. 8:e1002610
  4. Xavier Martini et al., Plant pathogen-induced volatiles attract parasitoids to increase parasitism of an insect vector. (2014) Front. Ecol. Evol. 2:8
  5. James DG, Price TS, Field-testing of methyl salicylate for recruitment and retention of beneficial insects in grapes and hops. (2004) J. Chem. Ecol. 30(8):1613-1628

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热门评论

  • 2014-05-30 04:49 忧伤的尼姑

    难得一见的好标题和好文章

    山寨果壳,你值得拥有
    [17] 评论
  • 2014-05-30 10:10 刘夙 植物学博士,植物园工程师

    推荐先读《植物知道生命的答案》,你会对这个故事有更深刻的理解。8-D

    [3] 评论

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全部评论(35)
  • 1楼
    2014-05-30 04:49 忧伤的尼姑

    难得一见的好标题和好文章

    山寨果壳,你值得拥有
    [17] 评论
  • 2楼
    2014-05-30 08:00 冷月如霜 植物细胞生物学博士生

    特有意思

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  • 3楼
    2014-05-30 08:00 小猫鹰

    好文 前排!

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  • 4楼
    2014-05-30 08:04 SLAP

    足够写进教科书里了。

    [0] 评论
  • 5楼
    2014-05-30 08:35 扯淡的青春

    不知他们经历了多少激烈的竞争与选择

    [0] 评论
  • 6楼
    2014-05-30 09:07 莘莘深

    框图大赞叻!

    [0] 评论
  • 7楼
    2014-05-30 09:22 Jacob_226
    引用文章内容:柑橘木虱最终还是会因为营养贫乏而离开被感染,寻找新的食物来源

    差个词吧?

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  • 8楼
    2014-05-30 09:28 fu-80 DIYER,摄影师,电容技术顾问

    这个故事可以写成一本武侠小说了······

    [1] 评论
  • 9楼
    2014-05-30 10:09 老猫 分子生物学准博士,天文爱好者
    引用@Jacob_226 的话:差个词吧?

    已更正,谢谢!

    [0] 评论
  • 10楼
    2014-05-30 10:10 刘夙 植物学博士,植物园工程师

    推荐先读《植物知道生命的答案》,你会对这个故事有更深刻的理解。8-D

    [3] 评论
  • 11楼
    2014-05-30 10:54 东方隐月

    窃听风云IV!

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  • 12楼
    2014-05-30 11:24 wuou 果壳网副主编

    啧啧,凌晨4点发文,“今天的论文”——科学人编辑,你们真的是要逆天吗?


    [0] 评论
  • 13楼
    2014-05-30 11:25 wuou 果壳网副主编
    引用@刘夙 的话:推荐先读《植物知道生命的答案》,你会对这个故事有更深刻的理解。8-D

    求更深刻的理解!

    [0] 评论
  • 14楼
    2014-05-30 11:38 飘飘37 农学学士

    有趣的研究,好玩的科普~

    [0] 评论
  • 15楼
    2014-05-30 12:29 忧伤的尼姑
    引用@wuou 的话:啧啧,凌晨4点发文,“今天的论文”——科学人编辑,你们真的是要逆天吗?

    艾特13叔要求涨工资吧

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  • 16楼
    2014-05-30 12:42 红柳烤肉要大串

    好高大上的食物链...

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  • 17楼
    2014-05-30 14:28 Amelia岚

    老猫好辛苦!!手动点赞!而且这个研究本身好好玩~

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  • 18楼
    2014-05-30 14:44 流氓神猫

    统一回复:难得的好文。

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  • 19楼
    2014-05-30 20:54 梦里行

    与老猫的宝石一样漂亮的文章。

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  • 20楼
    2014-05-30 20:57 四眼天鸡

    尼玛这么凶残的能力也能进化得出来?

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  • 21楼
    2014-05-30 22:36 Geek铭仔

    这得要多狠成语啊……

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  • 22楼
    2014-05-31 10:20 阿塞

    我爱生物,力顶

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  • 23楼
    2014-05-31 12:07 我在换毛啊

    好有趣的兜圈子游戏,进化史进化出来的凶残之辈真是屌~

    [0] 评论
  • 24楼
    2014-05-31 22:24 小镭猪

    不错不错,很有意思的文章

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  • 25楼
    2014-05-31 23:50 通泉
    柑橘木虱姬小蜂是一种行类寄生的寄生蜂

    行是什么意思?

    4点发文,不愧是喵星人。

    最后,贵圈真乱。

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  • 26楼
    2014-06-01 03:06 厕所管理员

    碟中谍

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  • 27楼
    2014-06-01 09:09 氯仿

    为什么受伤的柑橘对柑橘木虱有益啊

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  • 28楼
    2014-06-01 09:41 老猫 分子生物学准博士,天文爱好者
    引用@通泉草指引人民 的话:行是什么意思?4点发文,不愧是喵星人。最后,贵圈真乱。

    寄生生物不会杀死寄主,但是类寄生会。

    [0] 评论
  • 29楼
    2014-06-01 17:57 gundamfire
    引用@老猫 的话:寄生生物不会杀死寄主,但是类寄生会。

    所以是“行”寄生之实(以捕猎)的意思么?

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  • 30楼
    2014-06-01 17:57 小杰童鞋

    好文章是要赞一下的。

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