Molecular mechanisms of mutualistic and antagonistic interactions in a plant–pollinator association

发表时间:06/18/2021

论文标题: Molecular mechanisms of mutualistic and antagonistic interactions in a plant–pollinator association
论文作者: Rong Wang, Yang Yang, Yi Jing, Simon T. Segar, Yu Zhang, Gang Wang, Jin Chen, Qing-Feng Liu, Shan Chen, Yan Chen, Astrid Cruaud, Yuan-Yuan Ding, Derek W. Dunn, Qiang Gao, Philip M. Gilmartin, Kai Jiang, Finn Kjellberg, Hong-Qing Li, Yuan-Yuan Li, Jian-Quan Liu, Min Liu, Carlos A. Machado, Ray Ming, Jean-Yves Rasplus, Xin Tong, Ping Wen, Huan-Ming Yang, Jing-Jun Yang, Ye Yin, Xing-Tan Zhang, Yuan-Ye Zhang, Hui Yu, Zhen Yue, Stephen G. Compton, Xiao-Yong Chen

文章简介
        华东师范大学生态与环境科学学院陈小勇团队与国内外其他团队合作,以榕属植物薜荔(Ficus pumila)及其专性传粉者薜荔榕小蜂(Wiebesia pumilae)为对象,通过组装两个物种的高质量基因组并结合多组学分析方法,首次确定了传粉小蜂识别宿主榕属植物以及幼虫适应宿主化学防御的分子机制。

薜荔与薜荔小蜂相互适应的关键分子机制
        这项研究首先从野外采集薜荔花序释放的气味,采用气相色谱分析、昆虫信息素检测技术和昆虫行为学实验鉴定出薜荔释放的特异性吸引薜荔榕小蜂的挥发性物质癸醛(图1A, B)。通过比较基因组、转录组、蛋白组分析以及功能验证,确定了传粉小蜂结合癸醛的气味结合蛋白(图1C, D),并确定了薜荔在接受前期和接受期调控排斥小蜂的壬醛和吸引小蜂的癸醛的生物合成途径(图1E-F)。

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图1. 薜荔花序释放的气味谱(A);采用GC-EAD技术鉴定吸引薜荔榕小蜂的特异性物质(B);薜荔榕小蜂嗅觉相关基因家族中的基因数量(C);关键气味结合蛋白结合能力(D);薜荔癸醛合成通路上的差异表达基因(E);免疫共沉淀验证转录因子调控能力(F)。


        薜荔榕小蜂成虫将卵产在薜荔花序的雌花子房中形成虫瘿,其幼虫依靠植物提供的养分生长发育,故薜荔榕小蜂幼虫与薜荔也存在着拮抗关系。研究发现,被传粉小蜂幼虫占据的虫瘿中防御性次生代谢物组成与薜荔种子高度相似,小蜂产卵行为并未引发植物的应激反应、提高化学防御力,相反,虫瘿通过“模拟种子”,在幼虫免受宿主植物惩罚的同时,植物还为幼虫发育提供充足养分。另一方面,薜荔榕小蜂基因组中与解毒相关的主要基因家族显著收缩,可能是长期适应薜荔花序环境的结果。

展望
        全球变化可导致植物与传粉者之间关键性状的错配,引发许多传粉共生体系崩溃,加速生物多样性丧失。而对植物与传粉者间互作关系形成与维持分子机制的了解不足,是精确预测未来生物多样性和生态系统功能的变化面临的一个严重挑战。这项研究首次揭示了传粉者与植物间的共生关系维持的分子机制与相关重要基因,这些发现拓宽了我们对共生关系形成机制的理解,为深入研究复杂种间关系的形成机制与进化历程提供了模板。

本研究得到国家自然科学基金重点项目(31630008)和面上项目(31870356、31870359)资助。


全文链接地址:https://www.nature.com/articles/s41559-021-01469-1

该论文发表在SCI 一区刊物Nature Ecology and Evolution(影响因子:12.5)上。我学院王嵘杨扬为第一作者,陈小勇为通讯作者。