近日，生科院孙洋教授团队水稻病虫害防控领域取得重要进展，相关结果在农业与食品化学领域重要期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》上发表，论文题目为“(E)‑β-Farnesene Protects Rice from Rice Striped Stem Borer Attack by Inhibiting Its Beneficial Gut Microbes”。博士研究生杨磊和硕士研究生张培涛为论文共同第一作者，安徽师范大学为第一完成单位，孙洋教授和江苏省农业科学院方继朝研究员为共同通讯作者。硕士研究生李苗苗、王欣雨、赵晴晴、林君洁、赵佳琦以及江苏省农业科学院刘宝生、李帅及纪锐研究员参与了本研究的相关工作。

植食性昆虫肠道微生物对其整体生理机能和生命周期至关重要。这些微生物在多个层面发挥着关键作用：它们深度参与食物的消化与分解过程，促进营养元素的吸收；同时，在调控宿主免疫反应、合成必需维生素以及抵御病原体入侵等方面扮演着重要的角色。因此，肠道微生物的多样性对植食性昆虫生长发育、繁殖能力、存活率以及后代的遗传与适应性具有决定性作用。在漫长的进化过程中，植物界为应对植食性昆虫摄食压力，进化出了多样化的防御机制。这些机制包括物理结构的强化、化学毒素的产生。植物也可能通过主动调整其次生代谢产物的组成来干扰或破坏植食性昆虫体内有益肠道微生物，从而降低植食性昆虫的健康状况和生存能力，达到防御害虫的目的。这种策略通常依赖于植物释放特异性的次生代谢产物；而这些物质可以精准地作用于害虫肠道微生物，直接或间接改变其组成和功能。对于全球重要的粮食作物水稻而言，其抵御害虫的能力对确保粮食产量和食品安全至关重要。尽管已有研究揭示了水稻通过产生有毒植物次生物质来抵御植食性昆虫的多种防御机制，但关于水稻特异性次生代谢产物如何影响植食性昆虫肠道微生物群的研究仍较为有限。

在此研究背景下，我们成功鉴定到一个水稻萜烯合酶基因Os04g0341500。该基因在二化螟取食后被强烈诱导，体外酶活实验证实它能够催化(E)-β-法尼烯的合成。将(E)-β-法尼烯添加到人工饲料中时会损害二化螟幼虫的发育和存活。高通量扩增子测序显示喂食(E)-β-法尼烯的二化螟幼虫体内的有益肠道微生物相对丰度降低。体外抗菌实验表明，(E)-β-法尼烯直接抑制了二化螟幼虫肠道微生物的生长。本研究揭示，(E)-β-法尼烯引起的有益肠道微生物相对丰度的降低可能潜在地损伤了二化螟幼虫的发育和存活。这一发现不仅有助于我们深入理解害虫肠道微生物在水稻病虫害治理过程中的作用，还为全面评估植物次生代谢产物在植物直接防御植食性昆虫分子机制过程中的多重功能提供了崭新的视角。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.4c02074