共生真菌将云杉树脂中的萜烯转化为树皮甲虫的引诱剂

近年来观察到的树皮甲虫大规模爆发在整个德国造成了令人震惊的森林破坏。根据联邦统计局 2022 年 7 月的报告，前一年必须砍伐的树木中有 80% 以上被虫害破坏。因虫害砍伐的受损木材达4000万立方米以上。主要害虫之一是欧洲云杉甲虫Ips typographus。例如，在图林根森林和哈尔茨山脉，只有几毫米长的甲虫遇到了已经因高温和长期干旱而变得脆弱的云杉单一栽培，这促进了害虫的传播，并导致巨大森林的死亡立于短时间内。

研究人员已经知道，化学通讯在树皮甲虫的大规模攻击中起着重要作用。甲虫首先选择一棵合适的树，然后发出所谓的聚集信息素。这些信息素吸引附近的同种生物加入集体攻击，攻破树木的防御系统。防御力已经被压力削弱的云杉更容易被克服。

树皮甲虫喜欢它们共生真菌的气味

云杉树皮甲虫需要真菌盟友才能在树上成功繁殖。真菌是外共生体，是生活在甲虫之外的共生伙伴。每一代新的甲虫都必须找到它们的共生真菌，并将它们带到新的寄主树上。

在一项新研究中，由 Dineshkumar Kandasamy(现就职于瑞典隆德大学)和马克斯普朗克化学生态研究所的 Jonathan Gershenzon 领导的国际研究小组在德国耶拿，据报道，欧洲云杉树皮甲虫可以根据真菌在降解云杉树脂成分时释放的挥发性化合物找到其真菌伙伴。“我们已经能够证明，当在标准真菌生长培养基上培养时，树皮甲虫会被它们的真菌伙伴所吸引。现在我们想知道如果我们在添加云杉树皮粉的更自然的培养基上培养真菌会发生什么。甲虫现在会被真菌吸引吗?如果是这样，哪些化合物会产生这种吸引力，这些化学物质的来源是什么?” 第一作者 Dineshkumar Kandasamy 在解释该研究的最初问题时说。

真菌将云杉的化学防御转化为甲虫的引诱剂

欧洲云杉树皮甲虫与不同属的真菌伙伴有关。真菌Grosmannia penicillata在云杉树皮培养基上生长特别好，并且比大多数其他测试的真菌产生更多的挥发性化合物。因此，研究人员将研究重点放在了这种真菌上。研究人员建立了特殊的实验场所，在那里他们可以测试甲虫是否被真菌释放的挥发性化合物所吸引。

“我们首先发现，当真菌在含有云杉树皮粉的培养基上生长时，欧洲云杉树皮甲虫会被相关真菌释放的挥发物所吸引。然而，我们还表明真菌可以将云杉树脂中的萜烯化合物转化为其含氧衍生物，并且真菌产生的一些代谢物对树皮甲虫特别有吸引力。总体结论是，这些挥发物充当化学信号，使树皮甲虫与其相关真菌之间的共生关系得以继续，”Dineshkumar Kandasamy 说。

研究人员发现，对甲虫有害的病原真菌也可以代谢云杉树脂化合物。然而，与共生真菌的代谢物不同，由此产生的衍生物对树皮甲虫没有吸引力。因此，树皮甲虫可以利用它们的嗅觉来区分树上的真菌对它们是好是坏。当行为观察显示真菌伙伴不仅吸引了甲虫而且还刺激它们挖隧道时，科学家们感到特别惊讶。

树皮甲虫的触角中有嗅觉感觉细胞，可以检测真菌代谢的挥发性化合物

甲虫对这些气味的感知的电生理学研究提供了进一步的证据，表明真菌代谢物使已经被真菌感染的云杉树对树皮甲虫更具吸引力。这涉及测试甲虫触角上的个体嗅觉感受器对不同气味的反应。研究人员能够证明，树皮甲虫拥有位于感器中的某些嗅觉感觉神经元，这些神经元专门检测真菌释放的含氧单萜。

“通过增强树皮甲虫对特定树木的吸引力，来自真菌的挥发物可以增加大规模攻击的强度和成功率。真菌可能有助于杀死寄主树、克服它的防御、为甲虫提供营养或保护它们免受病原体侵害。真菌代谢最初由树产生的树脂成分作为防御的能力可以表明哪些真菌是有毒的，并且可以作为甲虫的好伙伴，”Jonathan Gershenzon 说。

这项新研究的结果可能有助于改善对树皮甲虫爆发的控制。与这些害虫作斗争中使用最广泛的策略之一是信息素陷阱，但这些在防止最近的爆发方面并不有效。因此，研究人员现在正在测试是否可以通过添加来自真菌代谢的含氧单萜来优化这些气味陷阱。研究团队的一个重要目标是更多地了解云杉树脂化合物在真菌中的新陈代谢，并找出这是否是真菌或甲虫的解毒反应。

Dineshkumar Kandasamy 目前得到马克斯普朗克中心下一代昆虫化学生态学研究网络的支持，这是马克斯普朗克学会资助的马克斯普朗克化学生态研究所与隆德大学和瑞典农业科学大学的合作项目。马克斯普朗克中心旨在研究人为全球变暖和空气污染对昆虫化学通讯的影响。重点不仅在于害虫，还在于传粉媒介及其生态系统服务，以及携带和传播病原体的昆虫。