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随着全球气候变暖加剧，干旱等极端事件的发生频率显著增加。而植物因为无法像动物一样自由移动去寻找水源，干旱胁迫对其影响更为显著。据报道，干旱胁迫不仅可以抑制植物正常的生长发育，甚至还可以通过影响其组织内次生代谢物质的含量从而改变植物与植食性昆虫间的相互作用。前期研究发现，雌雄异株植物的不同性别植株对干旱胁迫的耐受性和抗逆性具有显著差异，但是该差异是否会导致雌雄植株的抗虫性出现差异尚未见诸报道。
近日，四川农业大学林学院青年教师何方副教授和林恬恬副教授在国际环境科学与生态学领域Top期刊《整体环境科学》（Science of The Total Environment）上在线发表了名为《代谢组和转录组联合解析干旱胁迫对杨树雌雄植株抗虫能力的差异性影响》的研究论文，首次解析了雌雄异株植物在干旱胁迫下发生的抗虫性差异及其原因。
本研究采用亲本一致的美洲黑杨雌雄植株作为研究材料，通过测试在两种干旱胁迫条件下（75%和50%田间持水量）美洲黑杨雌雄植株对四种食叶害虫（包括两种专食性昆虫和两种广食性昆虫）幼虫的生长发育和取食选择的影响，并结合叶片转录组和代谢组开展联合分析，探究了干旱胁迫下雌雄杨树植株间发生的抗虫性差异及导致该差异的原因。研究结果发现，虽然干旱处理下杨树雄株比雌株生长更好，但是专食性昆虫和两种广食性昆虫对不同性别植株表现出了不同的趋向性。雄性植株能够显著抑制广食性昆虫的取食和生长，而雌雄植株则对专食性昆虫的抑制作用更强。在随后的代谢组和转录组的联合分析中，研究人员发现在干旱胁迫显著降低了雌株叶片中的化学抗性物质和其相关的代谢通路的基因表达量，而在雄株叶片中这些物质的含量却反而得到了提升。这一发现进一步解释了干旱胁迫下雌雄杨树植株产生抗虫性差异的具体原因。
本研究的结果不仅可以为在干旱地区开展植树造林的木本植物性别的选择提供科学依据，还对于预测雌雄异株植物生长在干旱地区的自然种群的性别比例、空间分布、生殖格局以及虫害发生程度等方面的变化具有重要的理论意义。
四川农业大学林学院供图
该论文以何方副教授为第一作者，森保系研究生吴正琴为共同第一作者，林恬恬副教授为通讯作者，四川农业大学为唯一完成单位。该研究得到国家自然科学基金青年项目、四川省自然科学基金青年项目及四川农业大学双支计划优青项目的资助。（来源：中国科学报 张晴丹 韩庆龙）
相关论文信息：
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.157171 
