真菌挥发性有机化合物介导的快速'ōhi'a死亡病原体与甲虫载体间的化学生态互作机制研究

为解决夏威夷关键树种'ōhi'a因Ceratocystis真菌（ROD病原体）快速死亡的问题，美国农业部等机构通过SPME-GC-MS技术鉴定出C. lukuohia和C. huliohia产生的香蕉味VOCs（如isoamyl acetate），发现Xyleborus等甲虫对特定真菌气味的趋性行为，揭示了病原体-媒介昆虫的化学通讯机制，为早期病害监测提供新思路。

　　

在夏威夷群岛的森林生态系统中，'ōhi'a（Metrosideros polymorpha）作为具有重要生物文化意义的关键树种，正面临由Ceratocystis lukuohia和C. huliohia真菌引起的快速'ōhi'a死亡（Rapid 'ōhi'a Death, ROD）威胁。这两种病原体通过甲虫载体传播，导致树木大规模死亡，但病原体与媒介昆虫间的化学通讯机制尚不明确。美国农业部森林服务局等机构的研究团队通过创新性的实验设计，首次揭示了真菌挥发性有机化合物（VOCs）在介导这一生态互作中的核心作用。

为解析ROD病原体的化学信号特征，研究团队采用固相微萃取气相色谱-质谱联用技术（SPME-GC-MS），对培养14天的真菌斜面（含成熟子实体）和人工接种的'ōhi'a幼苗进行VOCs动态监测。同时利用静风嗅觉仪测定四种Xyleborus甲虫（X. saxesenii、X. affinis、X. ferrugineus和X. perforans）对真菌气味的趋性行为。实验设计涵盖体外（in vitro）培养和体内（in vivo）接种双系统，并设置严格的水分对照。

真菌培养物中的VOCs特征
通过DB-5 ms非极性色谱柱分析发现，C. lukuohia和C. huliohia均产生典型的水果香气成分，包括产生香蕉香味的isoamyl acetate（3-甲基丁基乙酸酯）和果香的isobutyl acetate（异丁基乙酸酯）。值得注意的是，C. huliohia特有的ethyl propionate（丙酸乙酯）具有菠萝样气味，而与其近缘的C. uchidae（分离自芋头）则缺乏isobutanol（异丁醇）特征峰。

活体幼苗的VOCs动态
接种后1天（DAI）即检测到真菌VOCs，比肉眼可见的萎蔫症状早9天。C. lukuohia接种苗的isoamyl acetate相对丰度显著高于C. huliohia，而两者isobutyl acetate均在10 DAI达到峰值后下降。水对照组仅检测到应激物质ethanol（乙醇），证实VOCs变化源自真菌代谢。

甲虫行为反应
X. affinis对两种真菌均表现出显著趋性，而X. ferrugineus特异性响应C. lukuohia，X. perforans则偏好C. huliohia。这种选择性可能与甲虫地理起源相关——新热带区的X. affinis/X. ferrugineus与拉丁美洲Ceratocystis（LAC）支系的C. lukuohia存在协同进化，而亚洲热带种的X. perforans则适应亚洲-澳洲支系（AAC）的C. huliohia。

讨论与意义
该研究首次证实ROD病原体通过fusel alcohols（高级醇）和acetates（乙酸酯）类VOCs调控媒介昆虫行为，为理解Ceratocystidaceae真菌与昆虫的协同进化提供化学证据。发现接种1天即可检测VOCs的特征，为开发基于电子鼻或犬类嗅探的早期诊断技术奠定基础。研究结果发表于《Journal of Chemical Ecology》，不仅对保护夏威夷原生态森林具有实践价值，也为全球范围内类似真菌-昆虫-植物三方互作系统（如栎树枯萎病、悬铃木溃疡病）的研究提供范式。未来研究可聚焦于合成VOCs混合物在野外诱捕中的应用，以及真菌次生代谢产物对甲虫营养共生菌（如Raffaelea）的竞争机制。