草食昆虫诱导的GABA信号通路通过抑制宿主植物生长稳定叶巢结构

为解决昆虫巢穴结构与宿主植物生长调控的互作机制问题，研究人员以水生植物浮萍(Lemna minor)和巢蛾(Elophila turbata)为模型，发现昆虫反刍物和丝腺分泌物通过激活γ-氨基丁酸(GABA)信号通路抑制植物生长，从而维持巢穴结构稳定性。该研究揭示了植物生长抑制在生态适应中的新功能，为理解植物-昆虫协同进化提供了新视角。

　　

在水生生态系统中，昆虫与宿主植物的互作关系蕴含着精妙的生存策略。巢蛾Elophila turbata幼虫利用浮萍Lemna minor构建的"叶巢"结构，不仅是其栖息场所，更是抵御天敌的重要屏障。然而，浮萍作为世界上生长最快的有花植物，其持续扩张的叶片会威胁巢穴结构稳定性。这一矛盾引出了核心科学问题：快速生长的宿主植物如何维持昆虫巢穴的长期稳定性？

韩国研究团队通过多组学联用技术揭示了这一生态谜题。研究发现，巢蛾幼虫通过反刍物和丝腺分泌物诱导宿主持续积累γ-氨基丁酸(GABA)，而非传统防御激素茉莉酸(JA)通路，导致浮萍生长显著抑制。这种独特的生理调控使巢穴结构在6天内保持稳定，使捕食者水黾(Aquarius sp.)的袭击成功率降低80%。

研究采用行为学观察、捕食实验、代谢组学和转录组学联用技术。样本包括自然采集的巢蛾幼虫和水黾，实验室培育的浮萍克隆系。通过比较巢内叶片(SF)与人工修剪叶片(EF)的差异，结合昆虫反刍物处理实验，采用GC-MS检测代谢物，Illumina平台进行转录组测序，并通过外源GABA处理验证表型。

行为序列与抗捕食效应
研究首次系统记录了巢蛾构建叶巢的5个行为阶段：定位浮萍、切断根系、修剪叶片、粘合巢穴、清理粪便。通过人为破坏巢穴开放度的对照实验证实，封闭巢穴使幼虫存活率提高4倍，证实结构完整性对抵御水黾至关重要。

浮萍叶片生长抑制机制
比较SF与EF叶片发现，巢内叶片生长速率降低40%。转录组显示SF中1,382个基因上调，包括生长负调控基因(GO:0045926)和谷氨酸代谢通路基因。代谢组揭示GABA在巢内叶片含量升高3.2倍，而JA处理不能重现生长抑制表型。

昆虫反刍物的调控作用
稀释10倍的幼虫反刍物处理可完全模拟巢内叶片的生长抑制效应。差异表达基因分析发现1,450个上调基因与线粒体翻译延伸(GO:0070125)等通路相关，KEGG富集显示谷氨酸合成酶(K00265)通路激活。

GABA介导的非经典通路
外源实验证实1-10 mM GABA处理能剂量依赖性抑制浮萍生长，而50 μM-1 mM JA处理无显著影响。交叉分析发现SF与反刍物处理组共享GABA合成关键酶——谷氨酸脱羧酶基因的上调。

该研究颠覆了传统"生长-防御权衡"理论，首次证实植物生长抑制可作为功能性适应特征直接惠及草食昆虫。GABA作为新型信号分子在跨界调控中的发现，为理解植物-昆虫协同进化提供了新范式。研究建立的浮萍-巢蛾模型，为水生生态系统工程研究开辟了新路径。从应用角度看，GABA通路调控植物生长的机制可能为农作物抗虫育种提供新靶点。