中国农业科学院深圳农业基因组研究所发表最新Cell论文|中国农业科学院|动物|天敌|害虫|宿主|微生物|论文|飞蝗

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

协调产卵（Coordinated Oviposition）是指在多种不同物种中观察到的同步产卵行为，在许多生物的生存和繁殖成功中发挥着至关重要的作用。这种行为在以大规模群体或集群方式繁殖的物种中最为常见，具有若干关键的进化优势。其中，捕食者淹没效应被认为是一个重要特征：通过同时产下大量卵来压倒捕食者，可使相当一部分后代得以存活。此外，协调产卵还能使物种在环境条件最适宜时例如温度适宜或食物充足）实现繁殖同步，从而促进卵的发育、提高孵化成功率以及幼体存活率。产卵时机的协调还可能提升交配效率，确保更高的受精率和更大的遗传多样性。然而，这种协调也并非没有生态代价——高密度产卵可能加剧种内竞争，并增加对天敌的吸引。因此，动物如何解决这些权衡问题，即在同步繁殖的同时降低被捕食的风险，仍是进化生物学中的一个核心问题。

飞蝗是一种因大规模群聚而对农业造成灾难性影响的物种，它们为协调产卵行为如何与更广泛的生态和行为动态紧密关联提供了有力例证。它们表现出一种称为相态多型性的现象，使其能够根据环境信号和种群密度在散居型和群居型之间相互转换。

在群居阶段，雌蝗会进行集体产卵，将每个最多含 80 枚卵的卵荚密集产下，彼此之间仅相隔数厘米，从而形成高密度的卵荚集群。这种聚集分布的卵在代际间强化群居行为方面发挥着关键作用，并确保只要条件允许，群聚特征得以持续传承。相比之下，散居型雌蝗则表现出分散的产卵行为，其产卵地点有时相距数公里。此前针对沙漠蝗的研究表明，化学信号参与了产卵行为，但其潜在机制仍不明确。

2026 年 9 月 23 日晚，中国农业科学院深圳农业基因组研究所常贺坦研究员、Bill S. Hansson教授、王桂荣教授作为共同通讯作者（袁进喜、聂利萍、商蕾为论文共同第一作者），在国际顶尖学术期刊Cell上发表了题为：Microbial signaling coordinates group oviposition and predator defense in migratory locusts 的研究论文。

该研究以飞蝗为模式动物，首次从“飞蝗宿主-母传共生菌-挥发性信号分子-土壤天敌”多级互作维度，系统解析了共生微生物调控飞蝗两型生殖行为与后代化学防御的完整分子与生态机制，提出“单一微生物信号、双重生态功能”的新范式，为理解蝗灾跨世代持续爆发提供了全新理论框架，也为重大迁飞害虫监测预警与绿色防控提供了重要分子靶点。

繁殖同步被认为有助于提高许多昆虫的适应性，但实现这种协调的机制，目前仍不清楚。

在这项最新研究中，研究团队在飞蝗（Locusta migratoria）中发现了一种由共生微生物群产生的挥发性物质——2,4,6-三甲基吡啶（2,4,6-TMP），它能够协调群居雌蝗的集体产卵行为，同时还能驱避虫卵的捕食者。

群居雌蝗所产的卵会释放 2,4,6-TMP，该物质通过激活嗅觉受体 LmOR34 和 LmOR36 来吸引同种个体；破坏任一受体均会消除吸引力并改变产卵行为。2,4,6-TMP 并非由飞蝗产生，而是由卵荚附着的共生细菌Enterobacter roggenkampii通过赖氨酸降解途径合成。敲除赖氨酸脱羧酶基因后，2,4,6-TMP 的生成及其相关行为反应均被消除。

除了促进繁殖外，2,4,6-TMP 还能驱避土壤中的飞蝗卵捕食者，包括蚂蚁、甲虫和蚯蚓。以红火蚁为例，其对 2,4,6-TMP 的回避行为由嗅觉受体 SinOR43a-1 介导；通过 RNA 干扰（RNAi）敲低该受体后，驱避效应消失。研究团队进一步提高半野外实验验证了 2,4,6-TMP 在生态上的重要意义。