云杉树皮甲虫不仅能耐受寄主树的化学防御，还能主动将其改造为更强大的抗真菌防护层。这些"偷来"的防御机制原本可以保护甲虫免受感染，但一种真菌已进化出破解之道——通过解除甲虫化学武装的毒性，这种真菌能成功入侵并杀死宿主。这项发现揭示了森林中不为人知的军备竞赛，或将推动生物防治技术的改进。
为了研究这一过程，研究团队使用了质谱法和核磁共振等先进工具，来鉴定云杉产生的防御性化学物质，并追踪树皮甲虫如何处理这些物质。研究人员发现，以云杉为食的甲虫会吸收韧皮部中的防御性化合物，尤其是二苯乙烯和类黄酮等酚苷。
在甲虫体内，这些化合物会发生化学改变。这些昆虫会将其转化为苷元，苷元不再含有糖分子，并且具有更强的抗微生物效果。这些经过转化的化学物质为甲虫提供了抵御真菌病原体的有效保护。来自生物化学系的第一作者Ruo Sun表示："我们未曾料到甲虫能够如此有针对性地将云杉的防御物质转化为毒性更强的衍生物。"
一种能解除甲虫化学防御的真菌
接下来，科学家们研究了这些甲虫的防御机制如何影响球孢白僵菌。Ruo Sun解释说："尽管这种真菌过去在防治树皮甲虫方面效果不佳，但我们发现了能自然感染并杀死甲虫的菌株。因此，我们想更仔细地研究它们是如何成功感染甲虫的。"
实验室分析和酶测试表明，这种真菌采用了一种两步解毒策略。第一步是糖基化，将糖分子重新添加到有毒的苷元上。第二步是甲基化，将一个甲基连接到该糖分子上。最终生成的化合物被称为甲基糖苷，对球孢白僵菌无害。
出乎意料的是，这种化学修饰有助于真菌感染甲虫，尤其是那些之前取食了富含酚类化合物的云杉组织的甲虫。这些甲基糖苷还能抵抗甲虫体内通常会通过水解作用将其分解并恢复其毒性的酶。
基因研究证实解毒机制
为了确认这一途径的重要性，研究人员使球孢白僵菌中负责甲基糖基化的基因失活。缺乏这些基因的真菌感染树皮甲虫的成功率大大降低，这表明解毒过程对于克服甲虫的化学防御至关重要。
该研究表明，树木的防御性化学物质在从植物到昆虫，再到病原体的传递过程中，可以被反复改变。这些变化对树木、害虫和真菌之间持续进行的进化斗争具有重大意义。研究负责人Jonathan Gershenzon总结道："我们已经证明，树皮甲虫能够利用树木的防御性化合物来建立自身对抗天敌的防御。然而，由于其天敌之一——球孢白僵菌——已经发展出解除这些抗微生物防御的能力，它能够成功感染树皮甲虫，从而实际上帮助树木对抗树皮甲虫。"
改进树皮甲虫的生物防治
这些发现可能有助于科学家开发更有效的生物防治方法。Ruo Sun表示："既然我们知道了哪些真菌菌株能够耐受树皮甲虫的抗微生物酚类化合物，我们就可以利用这些菌株更有效地防治树皮甲虫。"该研究还强调，在使用生物农药时，需要检查害虫是否已经产生了抗药性或发展出解毒策略。
在未来的研究中，该团队计划调查甲基糖基化解毒途径在不同球孢白僵菌菌株以及其他感染树皮甲虫的真菌中的普遍程度。他们还旨在了解这一途径如何与其他影响感染成功率的病原体特性相互作用。