本地的害虫群落决定植物的防御系统

世界种业网独家稿件，转载请添加链接并注明版权，谢谢!

瑞士苏黎世，2012年10月5号

同一植物物种的不同群体产生特定防御系统，以便有效地抵御当地流行的主要害虫群落。所以，当地害虫群落的变异能够保持相当大的地域范围的植物遗传变异。瑞士苏黎世大学的生态学家使用控制试验来观察自然植物群体和害虫，来演示植物防御系统的遗传变异是如何保持的。本研究结果可用于研开对本地害虫群落抗性更高的定制种子。

植食性昆虫，如蚜虫，破坏植物并可以大大减少农业作物产量。但是，他们在保持遗传多样性方面发挥重要的作用。苏黎世大学生态学家Tobias Züst和Lindsay Turnbull与来自加利福尼亚和英国的同事一起用模式植物拟南芥演示了草食动物群落变异的重要性。根据Züst所说，该研究工作从试验上确认了具有40年历史的理论，即植食性昆虫对寄主植物施加强大的选择压力。当没有害虫时，植物很快放弃防御机制，进一步确认了这些防御措施的代价很高。

像许多其他植物一样，拟南芥使用一套复杂的化学武器抵御害虫。然而，害虫不断进化忍耐或代谢特定化学成分的机制。这意味着，根据不同的害虫种类的丰富程度，不同的化合物将提供最佳的保护，因此，植物需要一个精心定制的化学武器，以便有效地应对最有可能的攻击者。研究人员的第一步工作是要研究在欧洲各地的拟南芥自然种群中不同的化学防御系统的分布，并与两种重要害虫白菜蚜虫和芥菜蚜虫的地理分布进行比较。

作为进化力量的本地害虫种群

科学家们演示了西南欧洲拟南芥产生的主要化学物质不同于东北欧洲的拟南芥。该趋势与蚜虫群落的组成变化直接相关。第二步，研究人员在控制条件下研究不同的蚜虫种群是否可以直接选择这些不同的化学化合物。为此，他们拟南芥的混合群体暴露于典型的东北欧洲或西南欧洲的白菜蚜和芥菜蚜种群。种植五代后，连续让不同的蚜虫种类取食导致了选择不同化学成分，并且这与在自然界中见到的趋势是一致的。 “这是在遗传控制下化学防御的自然变异”，Züst解释道，“并且，这一变异是由蚜虫群落的组成的地理变异维持的”。 “遗传变异是原始进化的材料”，他继续说，“所以，遗传多样性的维护是必不可少的，如果群体应对未来环境的变化，如气候变化或环境退化”。

防御机制的代价

在没有蚜虫取食的对照群体中，一些来自蚜虫群体的成功基因型消失了。根据Turnbull所说，因为防御机制对植物代价很高，经常以减缓生长为代价，所以这种情况就发生了：“遗传多样性仅仅在不同的处理之间保持了，在处理内部遗传多样性消失了。在对照群体内，这意味着具有防御机制的基因型消失，因为提供代价昂贵的防御系统没有给植物带来任何好处“。今天，许多植物物种的遗传多样性受到了侵蚀。例如，以损失天然防御系统为代价，选择的农作物具有产量高生长快，所以，使用农药不可避免。未来，这些新的研究结果可以被用来研发定制的种子，使它们可以抵抗特定的地方害虫群落社区，从而限制农药的使用。

论文链接：Natural enemies drive geographic variation in plant defenses