植食性昆虫与其寄主植物是地球上物种最丰富的生物类群。据推测，它们非凡的多样性源于两者之间的拮抗协同进化——防御与反防御的相互较量驱动了多样化进程。植物的主要化学防御依赖于一系列天然产物，包括萜类化合物、酚类化合物、含氮化合物以及含硫化合物。根据最优防御理论，植物通过将这些防御性代谢物集中在对其生存和繁殖至关重要的组织中，从而提升适应度。作为回应，植食性昆虫进化出了多样的抗性机制，例如行为上避开毒素、改变作用靶点、进行解毒代谢以及快速排泄等，以促进其在化学防御植物上的生长与发育。部分植食昆虫拥有特定的肠道共生微生物，这些微生物能够通过降解此类化学物质，帮助昆虫抵抗植物毒素和杀虫剂。

黑杨（Populus nigra L.）是许多欧洲国家具有重要经济和生态价值的树种。它含有丰富的酚类代谢产物，其中最主要的是原花青素、羟基肉桂酸酯和水杨苷类化合物（酚类糖苷）。水杨苷类化合物在黑杨叶片中含量很高，其浓度可达叶片干重的15%以上。然而，许多杨树植食性昆虫，如专食杨树的叶甲——杨叶甲（Chrysomela tremulae），却偏好取食水杨苷类化合物浓度达到峰值的幼嫩叶片。这种行为特化表明它们具备有效代谢这些防御化合物的能力，这也给黑杨人工林造成了重大的经济损失。

为揭示其背后的机制，中国科学院昆明植物研究所植物化学与天然药物全国重点实验室彭惺蓉副研究员与德国马普化学生态所团队合作，以杨叶甲为模型系统，采用同位素标记结合靶向/非靶向LC-MS代谢组学，并辅以结构表征的方法，追踪并确证salicortin的代谢途径。在此过程中，首次发现了杨叶甲能够利用必需氨基酸色氨酸及其分解产物（包括犬尿氨酸、犬尿酸和4-羟基喹啉）与水杨苷代谢物水杨醇形成新型结合物，最终通过虫粪排出体外。水杨醇及其结合物对杨叶甲无毒害作用，类似代谢途径在其他杨树食草昆虫中也得到证实。尤其是在亲缘关系较远的杨树植食昆虫Laothoe populi和 Saperda carcharias体内检测到结合物，这表明了色氨酸辅助解毒机制的趋同进化。而鞘翅目的Saperda carcharias与鳞翅目的Laothoe populi在进化上已分离超过3亿年，这一发现表明，这一代谢性状是独立起源的。

进一步的肠道微生物实验分析表明，色氨酸代谢物-水杨醇结合物的形成不依赖肠道微生物，表明杨叶甲体内的酶可能参与了结合物的形成。因此，该研究说明植食昆虫产生此类物质可能是其适应高水杨苷防御化合物饮食的关键策略，这一发现也为研发靶向抗虫剂以保护柳科植物提供了新思路。

该工作以Leaf beetles employ tryptophan to detoxify the chemical defenses of poplar trees为题发表在国际知名期刊PNAS上。中国科学院昆明植物研究所邱明华研究员团队彭惺蓉副研究员为论文第一及通讯作者，德国基尔大学的Sybille B. Unsicker为共同通讯作者，德国马普化学生态所Jonathan Gershenzon教授、Martin Kaltenpoth教授、Michael Reichelt工程师和Ana Patricia Baños-Quintana博士参与了该项工作。上述研究工作得到了云南省科技厅基础研究面上项目（No. 202301AT070332）、云南省“兴滇英才计划”青年项目和国家留学基金项目的资助。