Endophytic entomopathogenic fungi remodel phyllosphere microbiome and metabolome to suppress Spodoptera frugiperda and enhance parasitoid biocontrol

在广袤的农业领域中，植物并非仅仅是饥饿昆虫的被动受害者；它们是复杂化学战争中的积极参与者。当植物受到攻击时，它通常会通过产生防御性化合物或改变其内部化学性质来做出反应，从而使自己变得不再那么美味，或者对入侵者更具毒性。然而，植物并非孤军奋战。它们在叶片和组织内部寄宿着微生物群落，即微生物组。这些微小的居民可以影响植物的健康，有时能促进其生长或帮助其抵御疾病。科学家们长期以来一直好奇，我们是否可以利用这些天然盟友来保护农作物，而不依赖于剧烈的化学喷雾。一个充满前景的研究方向是使用那些生活在植物内部且不会对其造成伤害的有益真菌，即内生真菌。这些真菌可以充当“隐形保镖”，通过改变植物的内部环境，从而迷惑或削弱害虫。

来自中国贵州大学的研究人员最近的一项研究探讨了两种特定的这类友好真菌如何帮助玉米（一种全球重要的作物）抵御草地贪夜蛾。这种害虫是一种贪婪的食客，在全球范围内迅速扩散，给玉米地造成了巨大的破坏。研究人员不仅想了解这些真菌是否能阻止这些蠕虫，还想了解它们是如何做到的。他们观察了整个系统：玉米植株的生长情况、生活在叶片上的微小细菌和真菌、植物产生的化学化合物，以及这些变化如何影响害虫及其天敌——一种会在蠕虫体内产卵的小型茧蜂。其目标是观察这些真菌是否能让植物成为一座更坚固的堡垒，并成为茧蜂的更好盟友，从而通过建立一种三方协作关系来控制虫害。

研究人员首先将两种不同的真菌菌株（分别命名为 GL-5 和 H8）引入幼小的玉米幼苗中。他们通过将含有真菌孢子的液体浇灌在根部周围的土壤上，让真菌在植物内部生长。随着幼苗生长，团队测量了它们的大小和健康状况。与未接受处理的植物相比，两种真菌菌株都帮助植物长得更高，并发育出更长的根和叶。经过真菌处理的植物明显更加茁壮，这表明这些微小的客人不仅是在那里生存，而且在积极帮助其宿主茁壮成长。这种初始的生长提升为实验的下一阶段奠定了基础，即研究人员引入草地贪夜蛾幼虫。

当草地贪吓蛾啃食受真菌处理过的植物叶片时，它们的发育陷入了混乱。在食用带有 GL-5 菌株植物的蠕虫生长周期显著延长，许多在成年之前就死亡了。食用 H8 处理植物的蠕虫也表现挣扎，特别是在后期幼虫阶段和蛹期。存活下来的蠕虫体型较小，体重也明显低于那些食用未经处理叶片的蠕虫。对于那些成功发育为成虫的蠕虫，它们的繁殖能力也受到了严重阻碍。以 GL-5 处理植物为食的蠕虫产卵量大幅减少，且开始产卵的时间也变长了。本质上，真菌将玉米变成了难以消化的食物，从而减缓了蠕虫的生长，抑制了其发育，并降低了它们的后代繁衍能力。

研究还观察了植物内部以及害虫内部发生的变化，以解释这些结果。研究人员发现，真菌改变了玉米叶片的化学组成。GL-5 菌株导致植物积累了更高水平的特定防御性化学物质，特别是黄酮类化合物和酚酸，这些物质已知具有驱避昆虫的作用。与此同时，真菌改变了生活在叶表面的细菌群落。GL-5 菌株促进了一种名为肠杆菌属（Enterobacter）的特定细菌的生长，这种细菌与防御性化学物质的产生有关。相比之下，H8 菌株则促进了另一种名为皱皮菌属（Chryseobacterium）的细菌的生长，并改变了植物的糖代谢。这些植物化学成分及其微生物邻居的变化干扰了蠕虫自身的内部系统。食用处理后植物的蠕虫在处理毒素方面遇到了困难，它们的解毒酶要么过度劳累，要么受到抑制，从而变得脆弱且无法正常发育。

或许最令人惊讶的发现是，这些变化如何影响了草地贪夜蛾的天敌：一种名为马氏茧蜂（Microplitis manilae）的寄生蜂。这种黄蜂通过在蠕虫体内产卵来进行狩猎，最终杀死宿主。研究人员想知道，受真菌处理过的植物是否会帮助或伤害这些有益的黄闻。他们发现，GL-5 菌株实际上提高了黄蜂的效能。当黄蜂被允许捕猎那些以 GL-5 处理过的植物为食的蠕虫时，它们成功寄生了更多的蠕虫，并且产生的黄蜂茧也更重、更强壮。这表明，植物的变化使得蠕虫更容易成为目标，可能是通过削弱蠕虫或改变它们发出的信号。然而，H8 菌株并未为黄蜂提供同样的益处，这凸显了不同的真菌菌株对整个生态系统有着非常具体且截然不同的影响。

该研究得出结论，这些内生真菌是管理害虫的强大工具，但它们发挥作用的方式取决于所使用的菌株。GL-5 菌株似乎是综合策略中的优选，因为它不仅直接削弱害虫，还能提升自然天敌的表现，从而协助控制害虫。通过重塑植物的内部化学环境及其叶片上的微生物群落，这些真菌创造了一个让害虫难以生存和繁殖，而其天敌却能茁壮成长的环境。这项研究让我们窥见了未来农业的一个景象：农民可以利用这些微小的盟友来保护农作物，依靠植物、真菌、昆虫和细菌之间复杂的相互关系来维持健康的田野，而无需大量使用化学干预。研究结果为这些相互作用如何运作提供了清晰的机制，为以更可持续且有效的方式对抗这一最具破坏性的农业害虫之一铺平了道路。