云杉树里正悄悄上演一场化学大战

为研究这一过程，团队借助质谱和核磁共振（NMR）等先进工具，识别云杉产生的防御化学物质，并追踪树皮甲虫如何对其进行处理。研究人员发现，以云杉为食的甲虫会从韧皮部吸收防御化合物，尤其是酚苷（如二苯乙烯和黄酮类）。在甲虫体内，这些化合物发生化学变化，被转化为苷元——不再含糖分，且抗菌效果更强。这些转化后的化学物质为甲虫提供了对抗真菌病原体的有效保护。“我们没想到甲虫能如此有针对性地将云杉的防御物质转化为毒性更强的衍生物。”生物化学系的第一作者孙若（Ruo Sun）表示。

能破解甲虫化学防御的真菌
科学家接下来研究了这些甲虫的防御机制如何影响球孢白僵菌（Beauveria bassiana）。“尽管这种真菌过去在控制树皮甲虫方面效果不佳，但我们发现了一些自然感染并杀死甲虫的菌株。因此，我们想更深入地研究它们是如何成功感染甲虫的。”孙若解释道。
实验室分析和酶测试表明，这种真菌采用两步解毒策略。第一步是糖基化，即给有毒的苷元重新添加糖分子；第二步是甲基化，在糖分子上连接甲基。最终生成的化合物被称为甲基糖苷，对球孢白僵菌无害。
这种化学修饰出人意料地帮助真菌感染甲虫，尤其是那些之前以富含酚类化合物的云杉组织为食的甲虫。甲基糖苷还能抵抗甲虫体内通常会分解它们并通过水解恢复其毒性的酶。

基因研究证实解毒机制
为证实这一途径的重要性，研究人员敲除了球孢白僵菌中负责甲基糖基化的基因。没有这些基因的真菌感染树皮甲虫的成功率大大降低，表明解毒过程对克服甲虫的化学防御至关重要。
该研究表明，树木的防御化学物质在从植物到昆虫再到病原体的传递过程中会被反复改变。这些变化对树木、害虫和真菌之间持续的进化竞争具有重要意义。“我们证明了树皮甲虫可以挪用树木的防御化合物来抵御自身的天敌。然而，由于其中一种天敌——球孢白僵菌已进化出解毒这些抗菌防御物质的能力，它能成功感染树皮甲虫，从而实际上帮助树木对抗树皮甲虫。”研究负责人乔纳森·格申宗（Jonathan Gershenzon）总结道。

改进树皮甲虫的生物防治
这些发现可能帮助科学家开发更有效的生物防治方法。“既然我们知道哪些真菌菌株能耐受树皮甲虫的抗菌酚类化合物，就可以利用这些菌株更高效地对抗树皮甲虫。”孙若说。该研究还强调，在使用生物农药时，需要检查害虫是否已产生抗性或解毒策略。
在未来的研究中，团队计划调查甲基糖基化解毒途径在不同球孢白僵菌菌株以及其他感染树皮甲虫的真菌中普遍程度如何，还旨在了解该途径与影响感染成功的其他病原体特性之间的相互作用。