Cell Reports｜植物如何把短期虫害变成长期防御？浙江大学祝增荣教授研究团队揭示植物抗虫防御新机制，并接受AAAS、Science News...

　　

植物如何将短暂的虫害胁迫转化为持久的防御能力，一直是生态学的核心问题。长期以来，虫害诱导植物挥发物(HIPV)被认为是植物抵御害虫的重要武器，能够招募天敌前来捕杀植食昆虫。但这套防御存在明显短板：挥发物只有在害虫取食时才大量释放，虫害一旦停止，信号很快消失，防御效应无法长久维持。那么，植物是否存在一种机制，能够把曾经被虫咬过这件事记录下来，让后续生长的植株即便没有遭遇虫害，也能提前做好防御准备？

8月20日，浙江大学农业与生物技术学院、浙江大学海南研究院祝增荣教授研究团队在《Cell Reports》上发表题为《Herbivory leaves a soil-borne defensive legacy that recruits parasitoids》的研究论文，揭示了一条完整的虫害-植物-土壤-反馈通路：叶片遭受昆虫取食后，植物通过系统性茉莉酸信号改变根系分泌物组成，定向重塑根际微生物群落，形成可遗传的土壤防御遗留效应。后续生长在该土壤中的未受虫害植株，会被根际微生物重新激活茉莉酸通路，大量释放吸引寄生蜂的关键挥发物，从而实现跨时间、跨植株的长效间接防御。

 

叶片虫害建立持久的土壤防御遗留效应

研究人员先用昆虫取食处理豇豆植株（驯化阶段），随后移除原植株，在同一土壤中种植新的未受虫害植株（反馈阶段）。结果发现，生长在虫害驯化土壤中的后茬植株，对寄生蜂的吸引力远强于生长在对照土壤中的植株。由于这些新植株本身从未接触过昆虫，这一结果暗示了，地上虫害留下了一种“土壤遗产”，能够增强后续植株的天敌招募能力。

驯化阶段：茉莉酸信号驱动根系黄酮分泌

转录组分析显示，昆虫取食会在叶片、茎和根中引发强烈且组织特异性的转录重编程，其中茉莉酸生物合成与信号通路在根系中显著上调。靶向代谢组进一步证实，虫害处理植株的根系分泌物中，大豆素和染料木素两种异黄酮含量显著升高。外源施加茉莉酸甲酯（MeJA）可以模拟这一效应，而使用茉莉酸生物合成抑制剂jarin-1则会阻断该过程，证明茉莉酸信号是驱动根系黄酮分泌的核心枢纽。

黄酮类物质定向重塑根际微生物组

分泌到根际的大豆素和染料木素并非普通代谢废物，而是精准的微生物招募信号。16S rRNA测序显示，虫害驯化土壤的根际微生物群落结构与对照显著不同，其中慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）等功能类群显著富集。使用抑制剂阻断黄酮合成后，根际菌群的重塑效应随之消失，证明黄酮类物质是介导根际微生物组重构的关键化学信号。

反馈阶段：根际细菌激活后茬植物的茉莉酸信号

被黄酮富集的根际细菌并非被动存在，而是会主动调控后茬植株的防御状态。接种分离得到的Bradyrhizobium菌株后，未受虫害植株的茉莉酸含量及JA-Ile水平显著升高，茉莉酸合成与信号相关基因表达上调，说明根际细菌是通过重新激活宿主茉莉酸通路来发挥作用的。

无虫害条件下释放关键挥发物，吸引寄生蜂

茉莉酸信号的增强直接导致后茬植株挥发物发生改变。GC-MS分析显示，生长在虫害驯化土壤中的未受虫害植株，乙酸叶醇酯的释放量显著升高。土壤灭菌后该效应消失，重新接种微生物悬液则可完全恢复，证明根际微生物是挥发物升高的必要条件。行为学实验进一步证实，生理浓度的合成乙酸叶醇酯((Z)-3-hexenyl acetate)对寄生蜂具有强烈吸引作用，确认了该挥发物是介导间接防御的关键功能分子。

本研究有力佐证了“活的土壤”核心观点：土壤并非被动的生长载体。依托动态响应、快速重塑的复杂微生物群落，土壤具备了农田生态系统信号收发、转导与中继调控的核心功能，是连接植物地上胁迫与地下微生态反馈的关键枢纽。本研究扩展了植物间接防御的经典理论范式，将植物?土壤反馈提升为一套主动可编程的防御模块，极大拓展了多营养级互作的理论边界，也为依托土壤微生态实现害虫的生态治理提供了极具参考价值、更加接“地气”的实践思路。

浙江大学农业与生物技术学院2021级博士生高扬为该论文第一作者，浙江大学海南研究院周瀛研究员、浙江大学胡凌飞研究员和祝增荣教授为该论文的通讯作者。浙江大学海南研究院M Musa Khan副研究员、蒋明凯研究员，中国热带农业科学研究院梁晓研究员等人参与了研究工作。

论文链接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(26)00947-2?et_rid=41154542&et_cid=6049232

论文发表前后, 祝增荣教授接受美国科学促进会(AAAS)的Science Adviser (https://view.aaas.sciencepubs.org/?vawpToken=RIVNNMKVV23UNOSL3O42KMEKPQ.70251&et_rid=41154542&et_cid=6049232)和世界著名科普杂志Science News（科学新闻杂志）等的采访(https://www.sciencenews.org/article/plants-backup-wasp-herbivore-pest)，并分别作了报道。