1、运用生态基因组学方法研究植物运用生态基因组学方法研究植物- -昆虫多营养昆虫多营养级互作机制级互作机制Photo: Hans Smid20192019年年8 8月月5 5日，重庆日，重庆1.植物挥发物介导地上多层营养关系互作 2.环境因素对于植物昆虫互作的影响3.植物土壤反馈机制对微生物群落构成的影响123研究方向The power of plant volatilesThe Happening (2008)植物挥发物在生态系统中的作用植物挥发物在生态系统中的作用Dicke & Baldwin 2010, Trends Plant Sci.寄生蜂寄主搜索行为寄生蜂寄主搜索行为自然界食物链往往包
2、含3层以上营养关系aHIPVs昆虫诱导植物挥发物植物介导的地上食物网植物介导的地上食物网Kaplan 2012, PLoS Biology十字花十字花科植物关联的地上昆虫群落科植物关联的地上昆虫群落昆虫重寄生现象昆虫重寄生现象 代表了高度进化的第四层食物链 初级寄生蜂的天敌，影响生物防治的成效Primary hyperparasitoid（初级重寄生蜂）Secondary hyperparasitoid（次级重寄生蜂） 自然界中重寄生现象可达50% 可能对节肢动物群落结构产生下行效应Sullivan 1999, Annu. Rev. Entomol.; Harvey et al. 2003,
3、J. Anim. Ecol.Zhu et al. 2014, J. Chem. Ecol.00.20.40.60.800.20.40.60.8214352005200620071.01.0Relative abundance of parasitoidsabGregarious cocoons of C. glomerataSolitary cocoons of C. rubeculaPoelman et al. 2012, PLoS Biol.重寄生蜂田间调查重寄生蜂田间调查昆虫行为测定（昆虫行为测定（Y形管嗅觉仪形管嗅觉仪+田间实验）田间实验）Zhu et al. 2015, Mol. E
4、col.运用多学科交叉手段研究互作机制运用多学科交叉手段研究互作机制 运用的研究方法包括：代谢组学、蛋白组学、以及转录组学 生态基因组学正式整合多种研究方法的新兴领域基因蛋白代谢物质特异性状/互作机制重寄生蜂定位寄主的化学信号重寄生蜂定位寄主的化学信号Zhu et al. 2015, Mol. Ecol.(Differentially regulated genes: FC 2; FDR 0.05)植物对寄生昆虫侵染的转录调控植物对寄生昆虫侵染的转录调控-100-50050100-120-100-80-60-40-20020406080100120PLS2 (19.83%)PLS1 (24.1
5、7%)Zhu et al. 2015, Mol. Ecol. 昆虫口腔分泌物（反流）昆虫口腔分泌物（反流）Peiffer & Felton 2009, J. Chem. Ecol.Poelman et al. 2011, PNAS 可诱导植物防御反应 半消化的植物组织，唾液，消化道微生物 昆虫自身防御机制 反流现象与取食关联并不密切鳞翅目幼虫唾液腺鳞翅目幼虫唾液腺Musser et al. 2006, J. Chem. Ecol.Vegliante and Hasenfuss 2012, Annu. Rev. Entomol. 与取食密切相关 普遍存在于昆虫各个生长阶段 分泌唾液及产丝的主要器
6、官mandiblesspinneret寄生对幼虫特定器官的生理变化唾液腺转录组分析唾液腺转录组分析beta-beta-glucosidaseglucosidase 诱导植物对昆虫的防诱导植物对昆虫的防御机制，特别是挥发御机制，特别是挥发物的物的产生产生寄生导致显著下调寄生导致显著下调Mattiacci et al. 1995 PNASMusser et al. 2002 NatureMorant et al. 2008 PhytochemistryConsales et al. 2012 J. Exp. Bot.Zhu et al. 2018 PNASCusumano et al. 2018
7、Eco. Lett被寄生毛虫唾液腺中被寄生毛虫唾液腺中发现大量的寄生蜂共发现大量的寄生蜂共生病毒（生病毒（PDVPDV）的转）的转录信息录信息植物挥发物分析植物挥发物分析Zhu et al. 2018 PNAS寄生蜂幼虫间接干预植物防御体系寄生蜂幼虫间接干预植物防御体系寄生蜂益虫重寄生蜂Zhu et al. 2018, PNASParasitoid larvaevirusesbacteriaParasitic wormsfungiCarnivoresHerbivoresHerbivore-associated organismsZhu et al. 2014, New Phytol.高等生物并
8、非单一个体高等生物并非单一个体植物对植食昆虫应答机理植物对植食昆虫应答机理Zhu et al. 2014, New Phytol.群落间互作关系群落间互作关系Zhu et al. 2014, New Phytol.植物与动物、微生物间的信息联系植物与动物、微生物间的信息联系植物介导地上地下互作网络植物介导地上地下互作网络3rd trophic level2nd trophic level1st trophic levelSoil organismsLearn from nature: 未来农业生态面临的挑战未来农业生态面临的挑战Mariotte et al. 2017 TREE健康土壤构建健康土壤构建1. 土壤生态系统存在极高的生物多样性2. 土壤生物对于生态系统良性循环至关重要3. 环境因素改变土壤生物群落结构, 但土壤生物群落可以缓和环境变化造成的生态系统失衡.+-未来的挑战未来的挑战昆虫产业与昆虫产业与SDG食品、饲料替代食品、饲料替代，粪便、餐厨垃圾分解粪便、餐厨垃圾分解，生物防治生物防治
