近日，国际生命科学领域顶尖学术期刊Cell在线发表题为“Microbial signaling coordinates group oviposition and predator defense in migratory locusts”的研究论文，揭示了飞蝗借助母传共生细菌实现聚集产卵与卵防御的分子机制，发现聚集产卵的飞蝗卵荚上附着一种由母蝗传给后代的共生细菌，它能合成一种特殊的挥发性信号分子，吸引同类雌蝗前来集中产卵和驱赶以蝗卵为食的天敌，该研究为理解蝗灾世代延续提供全新理论框架，为重大迁飞害虫监测预警与绿色防控提供分子靶标。
我校林学院2024级博士研究生袁进喜为论文共同第一作者（排名第一），中国农业科学院农业基因组研究所（大鹏湾实验室）常贺坦研究员、Bill S. Hansson 院士、王桂荣研究员为论文共同通讯作者。东北林业大学、森林生态系统可持续经营教育部重点实验室为论文共同署名单位。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.08.050
自然界中，飞蝗随种群密度变化，在“散居”与“群居”两种形态间转换。独处时，它体色偏绿、行踪隐蔽；密度一高，它从绿色变为黄褐色，成群结队、遮天蔽日。
此前研究表明，蝗虫聚群时，后足相互摩擦的触觉刺激会让脑部多巴胺水平急剧升高。群居雌蝗把大量卵荚集中产在狭小的土壤区域，这是维系群居性状、推动蝗灾世代延续的关键一环；可卵聚得密，种内竞争加剧，天敌也更容易找上门。同步繁殖的收益与被捕食的风险如何两全，长期缺乏科学解释。
研究团队从蝗虫产卵行为入手。实验证实，群居飞蝗倾向聚集产卵，散居飞蝗的产卵位点则高度分散，而群居型的卵荚里藏着吸引同类雌蝗聚集产卵的气味密码。借助气相色谱-质谱联用技术层层分离，团队锁定了一种关键挥发物：2,4,6-三甲基吡啶（Trimethylpyridine，简称2,4,6-TMP），该分子由群居飞蝗卵荚特异性释放，可吸引同类雌蝗集中产卵。
借助果蝇空神经元异源表达体系与基因编辑技术，从82个受体基因中鉴定出飞蝗感知该信号的两个必需嗅觉受体LmOR34和LmOR36；敲除任一受体，飞蝗即丧失对2,4,6-TMP的嗅觉偏好，集群产卵行为随之被破坏。
更关键的是，研究发现2,4,6-TMP并非飞蝗自身合成，而是源于卵荚附着的共生细菌 Enterobacter roggenkampii。卵荚表面被灭菌后不再释放该挥发物；从上百株分离菌株中筛选出的 E. roggenkampii可高效合成2,4,6-TMP。通过EGFP荧光标记活体示踪，团队证实该菌为母系垂直传递共生菌，并揭示群居与散居雌蝗存在截然不同的传递模式：种群密度升高带来的后足触觉刺激，驱动群居雌蝗大量向卵荚转运该细菌，而散居雌蝗极少将细菌传递至卵表。多组学与基因敲除验证进一步阐明，E. roggenkampii 依赖赖氨酸代谢途径合成2,4,6-TMP；敲除关键基因赖氨酸脱羧酶 LDC 后，细菌完全丧失合成能力，蝗虫行为响应也随之消失。
研究还发现，2,4,6-TMP具有“一分子双功能”的生态效应：除介导聚集产卵外，它还能驱避以及毒杀红火蚁、线蚓、步甲等多种土壤蝗卵天敌。针对入侵害虫红火蚁，团队通过AI筛选，结合果蝇空神经元异源表达体系与RNAi干扰技术，从400多个受体中鉴定出其感知该挥发物的嗅觉受体SinOR43a-1；RNAi敲降该受体，或卵荚无法产生2,4,6-TMP时，红火蚁的驱避效应均消失。半田间与野外试验进一步证实，E. roggenkampii 及其代谢产物2,4,6-TMP既可诱导飞蝗集群产卵，又能抵御天敌捕食蝗卵，且野外自然种群中的细菌载量、挥发物释放与行为响应同实验室种群高度一致。
该研究完整构建了“飞蝗宿主—母传共生菌—挥发物—天敌”的多级互作链条，创新性阐明飞蝗借助母本垂直传递的共生细菌，依靠单一挥发性分子同时实现生殖同步化与后代化学防御，巧妙化解高密度产卵带来的高捕食风险。这一发现不仅拓展了昆虫—微生物共生互作的认知边界，也为理解飞蝗两型分化、蝗灾世代延续与爆发成灾提供了全新解释，标志着害虫成灾机制研究从“宿主中心”向“宿主—微生物—环境多级互作”范式跃升。
袁进喜是我校本硕博贯通培养体系的优秀学生代表。他本科就读于我校林学类（森林保护）专业，硕士、博士阶段继续在校深造，校内由严善春教授全程指导；研究生培养期间，赴中国农业科学院农业基因组研究所（大鹏湾实验室）开展联合培养，师从王桂荣研究员和常贺坦研究员开展前沿基础研究。严善春教授团队与王桂荣研究员团队在森林昆虫生态、害虫生物防控等领域拥有多年深度科研合作基础，双方共建高层次创新人才培养平台，推行双导师制联合培养模式，将前沿科研资源全面融入人才培养全过程。
近年来，我校林学学科以森林生态系统可持续经营教育部重点实验室为核心科研支撑平台，持续推进一流学科建设，深化科教融合、校所协同的育人改革，构建起覆盖本硕博全阶段的一体化人才培养体系。学校依托优势学科平台与高水平科研项目，推动科研资源向人才培养环节集聚，着力强化研究生创新能力培育，高水平原创成果持续涌现，学科核心竞争力与行业影响力稳步提升。
更多新闻