祝贺！东北林业大学2024级博士研究生发表《Cell》

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。

东北林业大学林学院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。

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。

袁进喜是东北林业大学本硕博贯通培养体系的优秀学生代表，本科就读于东北林业大学林学类（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。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.08.050