近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院李國(guó)清金琳?qǐng)F(tuán)隊(duì)在重要國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Nature Communications上發(fā)表題為“Mandelonitrile produced by commensal bacteria protects the Colorado potato beetle against predation”的最新研究成果。該研究發(fā)現(xiàn)重大外來(lái)入侵害蟲馬鈴薯甲蟲Leptinotarsa decemlineata能夠釋放劇毒氰化氫（HCN）抵御天敵捕食；其腸道共生細(xì)菌普通變形桿菌Proteus vulgaris菌株Ld01在該過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，為宿主生成氰化物苦杏仁苷和扁桃腈，扁桃腈富集于馬鈴薯甲蟲表皮，在甲蟲受驚時(shí)分解產(chǎn)生HCN，以保護(hù)其免受捕食。
馬鈴薯甲蟲是國(guó)際上公認(rèn)的馬鈴薯毀滅性檢疫害蟲，也是我國(guó)對(duì)外重大檢疫對(duì)象和重要外來(lái)入侵物種之一；其具有驚人的生態(tài)可塑性和適應(yīng)性，對(duì)所有使用過(guò)的各種類型殺蟲劑都產(chǎn)生過(guò)抗藥性，防控形勢(shì)不容樂觀，嚴(yán)重威脅我國(guó)馬鈴薯生產(chǎn)安全。
馬鈴薯甲蟲以成蟲和幼蟲取食為害，常將整株馬鈴薯葉片食光，造成嚴(yán)重產(chǎn)量損失；利用天敵對(duì)其進(jìn)行生物控制是馬鈴薯甲蟲持續(xù)控制的一項(xiàng)重要和必要技術(shù)措施。然而，其幼蟲和成蟲依賴于橙色和黑色等顯著的色彩組合警示捕食者其具有毒性，同時(shí)能夠分泌和釋放毒性化合物，有效抵御天敵的捕食，制約了生物防治技術(shù)的應(yīng)用效果。遺憾的是，馬鈴薯甲蟲分泌和釋放毒性化合物的種類、來(lái)源和分子機(jī)制尚不清楚，破解其中奧秘將是研發(fā)利用天敵進(jìn)行高效生物防治技術(shù)的重要途徑。
該研究發(fā)現(xiàn)馬鈴薯甲蟲幼蟲和成蟲在受驚時(shí)會(huì)通過(guò)分解扁桃腈（mandelonitrile）和其他氰基化合物來(lái)釋放大量有毒的氰化氫（HCN）以抵御可能的天敵捕食。而從馬鈴薯甲蟲腸道中分離到一種名為普通變形桿菌（Proteus vulgaris）的細(xì)菌菌株Ld01，體外培養(yǎng)能夠產(chǎn)生HCN和一種生成扁桃腈的氰基葡萄糖苷——苦杏仁苷（amygdalin）；敲除Ld01中編碼氰化氫合成酶的基因（hcnB）會(huì)降低Ld01的HCN生產(chǎn)能力。
對(duì)馬鈴薯甲蟲進(jìn)行抗生素處理以消除其腸道共生細(xì)菌，會(huì)導(dǎo)致幼蟲和成蟲的HCN排放量大幅減少；去除細(xì)菌的甲蟲可以通過(guò)添加扁桃腈或重新接種Ld01來(lái)恢復(fù)HCN的釋放量，但無(wú)法通過(guò)接種Ld01的hcnB1或hcnB2突變體來(lái)恢復(fù)；揭示了馬鈴薯甲蟲依賴于分解腸道共生細(xì)菌Ld01產(chǎn)生的扁桃腈釋放HCN。使用雙重選擇實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)天敵家雞更喜歡捕食去除共生細(xì)菌的馬鈴薯甲蟲幼蟲，而不是正常幼蟲、重新接種Ld01的幼蟲或注射扁桃腈的幼蟲。
該研究強(qiáng)調(diào)了馬鈴薯甲蟲腸道共生細(xì)菌在產(chǎn)生生氰化合物扁桃腈及其衍生代謝物HCN方面的作用，這些毒性化合物協(xié)助保護(hù)馬鈴薯甲蟲免受捕食天敵的捕食。研究可以增強(qiáng)人們對(duì)昆蟲和共生細(xì)菌間互作關(guān)系的科學(xué)認(rèn)識(shí)，并為利用天敵對(duì)馬鈴薯甲蟲進(jìn)行可持續(xù)防控提供科學(xué)依據(jù)。
馬鈴薯甲蟲依賴于分解腸道細(xì)菌產(chǎn)生的生氰化合物釋放HCN抵御天敵捕食
該成果以南京農(nóng)業(yè)大學(xué)為第一署名單位和通訊單位，李國(guó)清教授為論文通訊作者，植物保護(hù)學(xué)院已畢業(yè)博士生康瑋楠為論文第一作者，在讀博士生潘揚(yáng)等參與了論文中的關(guān)鍵研究工作。植物保護(hù)學(xué)院金琳副教授及新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院郭文超研究員、付開赟副研究員等參與了該研究工作。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、新疆科技重大專項(xiàng)等項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-54439-z
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