2021年9月16日，浙江大學農業與生物技術學院陳學新教授、黃健華研究員團隊聯合中科院分子植物科學卓越創新中心詹帥研究員課題組在Nature Communications發表題為“Neofunctionalization of an ancient domain allows parasites to avoid intraspecific competition by manipulating host behaviour”的研究論文，揭示了寄生蜂通過調控寄主行為，從而避免種內競爭的新機制。
寄生蜂是自然界農林害蟲種群數量有效控制的純天然作用因數。囙此，寄生蜂廣泛應用於農林害蟲的綠色防控。寄生蜂不僅種類豐富，而且寄生習性也靈活多樣。依據寄生蜂每次在同一寄主體內的產卵數及每頭寄主上成功羽化的寄生蜂子代數量，可以把寄生現象分為單寄生（solitary parasitism）（同一頭寄主上只育出1頭寄生蜂子代）和聚寄生（gregarious parasitism）（同一頭寄主體內育出2頭或2頭以上同種寄生蜂子代）或共寄生（synparasitism）（同一頭寄主上有2種或2種以上寄生蜂同時寄生）。營單寄生習性的寄生蜂每次寄生時大都只產一粒卵，且同一寄主上僅有一頭寄生蜂子代成功發育並羽化。囙此，寄主體內的過寄生（superparasitism）（同一寄主內寄生蜂子代數量過多）通常會導致種內或種間競爭，是一種寄生資源的浪費現象。有關營單寄生習性的寄生蜂產卵策略以及如何避免種內或種間競爭的機制是國內外生物學家長期關注的科學問題，但其具體機制尚不清楚。
小環腹癭蜂屬Leptopilina寄生蜂是漿果類害蟲包括斑翅果蠅的重要寄生蜂。團隊在建立了多種小環腹癭蜂的寄生體系的基礎上，發現2種近緣的小環腹癭蜂，即：布拉迪小環腹癭蜂L. boulardi和异腹小環腹癭蜂L. heterotoma具有十分明顯的避免同種寄生蜂過寄生的特性。囙此，這兩種寄生體系是研究營單寄生習性的寄生蜂避免種內競爭及機制的理想模型。團隊首先發現在小環腹癭蜂寄生過程中，往往伴隨著寄主逃離食物表面的現象。通過比較逃逸和不逃逸的寄主，發現不逃逸的寄主呈現典型的過寄生現象，即體內常有多個寄生蜂卵，提示寄主的逃逸行為是一種有助於寄生蜂避免種內競爭的策略。進一步發現逃逸的寄主體內均有被寄生蜂產卵和注入毒液蛋白的現象。通過綜合基因組、轉錄組以及毒液蛋白質組等多組學資料分析，並結合RNA干擾等功能篩選科技，在寄生蜂毒液成分中鑒定出一類含RhoGAP結構域的毒液蛋白（命名為EsGAP）。功能研究發現該家族蛋白能引起寄主幼蟲中樞神經系統內的活性氧（ROS）水准升高，從而導致寄主出現逃逸行為。研究團隊最後還追溯了這類EsGAP基因的起源和演化歷程，發現在真核生物中廣泛存在的RhoGAP結構域在進化上存在大量獨立複製事件，其中的一個分支被小環腹癭蜂招募並最終特化成毒腺特异表達基因，獲得了調控寄主行為的新功能。
至此，本研究發現小環腹癭蜂調控寄主行為從而避免種內競爭的寄生策略，並在分子水准上闡明了寄生蜂毒液蛋白EsGAP參與調控寄主的逃逸行為，提出了避免過寄生與避免種內競爭的這種寄生策略在推動寄生蜂種群分化和寄主範圍擴張等方面的新理論。研究結果有助於深入理解寄生蜂避免過寄生的分子機制，為提升寄生蜂的生物防治潜能提供了理論基礎。
近年來，陳學新教授團隊在寄生蜂調控害蟲機制方面取得了一系列突破性的研究成果。此項寄生蜂調控寄主行為的機制研究，是團隊繼寄生蜂調控寄主生長發育（Nature Communications，2018）、調控寄主免疫（Nature Communications，2021）、調控寄主營養代謝（PLoS Pathogens，2021）、調控因子綜合機制（PLoS Genetics，2021）等工作後，在寄生蜂調控寄主的分子機制研究方面的又一重要的發現和突破。
本論文第一作者為浙江大學陳佳妮博士後和中科院分子植物科學卓越創新中心房剛奇博士研究生，通訊作者為黃健華研究員、詹帥研究員和陳學新教授。該項研究得到了國家重點研發計畫（2017YFD0200400），國家自然科學基金優秀青年科學基金項目（31622048）、重點專案（31630060）、面上項目（31772522和31672370）和中科院先導項目（QYZDB-SSW-SMC029和XDB27040205）等經費的支持。
論文連結：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-25727-9
圖1.寄生蜂避免過寄生與種內競爭的模式圖
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