支持此項研究成果的測序數據已存儲於國家基因庫生命大數據平臺（CNGBdb），項目編號為： CNP0000674 。?
傳粉昆蟲與蟲媒傳粉植物間的相互適應是驅動這兩大生物類群多樣化的重要機制，但兩者相互適應的分子機制尚不清楚 ，這主要是由於甄別兩者相互適應的特異性狀十分困難，因為多方面選擇壓力使得花性狀往往兼顧排斥植食動物和吸引傳粉者的功能。 專性傳粉***生體系中傳粉者與植物間長期協同進化形成了許多高度匹配的性狀，為解決協同適應問題提供了極佳的研究材料 。 榕屬植物( Ficus )僅依靠專性榕小蜂(Agaonidae)傳粉，這些小蜂也僅能利用榕屬的隱頭花序繁衍後代，幼蟲通過吸收植物養分成長，這壹高度特化的強制性***生關系通過傳粉小蜂識別宿主榕屬植物釋放的特殊氣味以及小蜂幼蟲適應宿主植物化學防禦得以維系。
華東師範大學生態與環境科學學院陳小勇團隊 與 華大基因 等國內外其他團隊合作，以榕屬植物薜荔( Ficus pumila )及其專性傳粉者薜荔榕小蜂( Wiebesia pumilae )為對象(圖1)， 通過組裝兩個物種的高質量基因組並結合多組學分析方法，首次確定了傳粉小蜂識別宿主榕屬植物以及幼蟲適應宿主化學防禦的分子機制。
這項研究首先從野外采集薜荔花序釋放的氣味，采用氣相色譜分析、昆蟲信息素檢測技術和昆蟲行為學實驗鑒定出薜荔釋放的特異性吸引薜荔榕小蜂的揮發性物質癸醛(圖2A, B)。通過比較基因組、轉錄組、蛋白組分析以及功能驗證，確定了傳粉小蜂結合癸醛的氣味結合蛋白(圖2C, D)，並確定了薜荔在接受前期和接受期調控排斥小蜂的壬醛和吸引小蜂的癸醛的生物合成途徑(圖2E-F)。
薜荔榕小蜂成蟲將卵產在薜荔花序的雌花子房中形成蟲癭，其幼蟲依靠植物提供的養分生長發育，故薜荔榕小蜂幼蟲與薜荔也存在著拮抗關系。研究發現，被傳粉小蜂幼蟲占據的蟲癭中防禦性次生代謝物組成與正常薜荔種子高度相似(圖3A)，小蜂產卵行為並未引發植物的應激反應、提高化學防禦力，相反，蟲癭“模擬種子”，在幼蟲免受宿主植物懲罰的同時，植物還為幼蟲發育提供充足養分。另壹方面，薜荔榕小蜂中與解毒相關的主要基因家族(CYP450，GST和CCE基因家族)顯著收縮(圖3B)，可能是薜荔傳粉小蜂長期適應薜荔花序環境的結果。
全球變化可導致植物與傳粉者之間關鍵性狀的錯配，引發許多傳粉***生體系崩潰，加速生物多樣性喪失。而對植物與傳粉者間互作關系形成與維持分子機制的了解不足，是精確預測未來生物多樣性和生態系統功能的變化面臨的壹個嚴重挑戰。 這項研究首次揭示了傳粉者與植物間的***生關系維持的分子機制與相關重要基因，這些發現拓寬了我們對***生關系形成機制的理解，為深入研究復雜種間關系的形成機制與進化歷程提供了模板。
華東師範大學生態與環境科學學院副教授王嶸、博士生楊揚以及華大基因靜壹、英國哈珀亞當斯大學Simon T. Segar為論文第壹作者，生態與環境科學學院陳小勇、中科院華南植物園於慧、英國利茲大學Stephen G. Compton、華大基因嶽震為***同通訊作者。其他合作單位包括中科院西雙版納熱帶植物園、綿陽師範學院、法國農業科學研究院、西北大學、英國赫爾大學、法國科學院、四川大學、廣州大學、美國馬裏蘭大學和伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校、福建農林大學、廈門大學。生態與環境科學學院張瑜、陳珊、丁媛媛、蔣凱、李媛媛、童鑫、楊景竣以及生命科學學院李宏慶參與了該項目。本研究得到國家自然科學基金重點項目(31630008)和面上項目(31870356、31870359)資助。
參考文獻
Wang, R., Yang, Y., Jing, Y.?et al.?Molecular mechanisms of mutualistic and antagonistic interactions in a plant–pollinator association.?Nat Ecol Evol?5,?974–986 (2021).?