植物也有“朋友圈”？被破壞的植物會釋放揮發(fā)性化學(xué)氣味

動物經(jīng)常使用獨(dú)特信號來警告自己所在的“朋友圈”，注意捕食者的逼近。令人驚訝的是，植物中也觀察到類似的行為。

近日，日本多家科研機(jī)構(gòu)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種機(jī)制。新研究以擬南芥為模式植物，表明被食草動物破壞的植物會釋放出揮發(fā)性化學(xué)“氣味”，從而觸發(fā)相鄰植物防御基因的表觀遺傳修飾。這些基因隨后觸發(fā)了反草食動物防御系統(tǒng)。相關(guān)論文發(fā)表于《植物生理學(xué)》。

作者之一、東京理科大學(xué)教授Gen ichiro Arimura說，在野外，許多動物尤其是已知有捕食者的動物，都可以通過從氣味到聲音的各種“技術(shù)”，相互發(fā)出即將發(fā)生危險的信號。現(xiàn)在，我們有理由相信植物也能在受到攻擊的威脅時發(fā)出警報。

之前的研究表明，當(dāng)種植在薄荷附近時，大豆和芥菜通過激活葉片中的防御基因，表現(xiàn)出更強(qiáng)的防御能力，從而對抗食草性害蟲，這是薄荷揮發(fā)物進(jìn)行“竊聽”的結(jié)果。簡言之，如果薄荷葉在食草動物攻擊后受損，其附近的植物會激活其反食草動物防御系統(tǒng)，以響應(yīng)受損薄荷釋放的化學(xué)信號。

為了更好地理解這一機(jī)制，東京理科大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員在模式植物擬南芥中對這些反應(yīng)進(jìn)行了研究。

“周圍未受損的植物暴露在被害蟲吃掉的植物發(fā)出的氣味中，可以產(chǎn)生對害蟲的抗性。雖然在氣味敏感植物中誘導(dǎo)防御基因的表達(dá)是這種抗性的關(guān)鍵，但目前尚不清楚開啟或關(guān)閉誘導(dǎo)狀態(tài)的精確分子機(jī)制。在這項研究中，我們假設(shè)組蛋白乙酰化，或所謂的表觀遺傳調(diào)控，參與了抗性發(fā)展的現(xiàn)象。”Arimura說。

首先，研究人員將植物暴露于β—羅勒烯中，這種揮發(fā)性有機(jī)化合物通常是植物在受到斜紋夜蛾等食草性害蟲攻擊時釋放的。接下來，研究人員試圖確定揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)激活的植物防御系統(tǒng)的確切作用機(jī)制。

結(jié)果很有趣——擬南芥葉片中的防御特性可能是通過“表觀遺傳”機(jī)制誘導(dǎo)的，這是指由于外部環(huán)境影響而發(fā)生的基因調(diào)控。在這種情況下，受損植物釋放的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)增強(qiáng)了組蛋白乙酰化和防御基因調(diào)控基因的表達(dá)，包括乙烯反應(yīng)因子基因ERF8和ERF104。該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)一組特定的組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HAC1、HAC5和HAM1)負(fù)責(zé)誘導(dǎo)和維持抗食草性。

研究人員對表觀遺傳學(xué)在植物防御中作用的發(fā)現(xiàn)感到興奮。他們認(rèn)為，植物之間通過揮發(fā)性化合物進(jìn)行交流(被稱為“會說話的植物”現(xiàn)象)有望應(yīng)用于有機(jī)栽培系統(tǒng)。這可能會增加植物的抗蟲害能力，有效減少對農(nóng)藥的大量依賴。

“在生產(chǎn)系統(tǒng)中有效利用植物的自然生存策略，將使我們更接近于實(shí)現(xiàn)一個同時解決環(huán)境和糧食問題的可持續(xù)社會。”Arimura表示。(作者：王方 )

標(biāo)簽： 揮發(fā)性化學(xué)氣味 化學(xué)氣味 模式植物 防御基因