植物如何知道自己正在被虫子撕咬?

豇豆(学名:Vigna unguiculata (Linn.) Walp.)不仅是人类的食物。毛毛虫也喜欢这一重要的农作物,但是我们不喜欢毛毛虫,因为它们可导致非洲种植最广泛的本地豆科植物的大量减产。

但是,并非所有豇豆都坐以待毙。部分农作物已演化出一种巧妙的防御手段。

现在,研究人员在豇豆细胞的表皮发现了一种免疫受体,可以对毛毛虫的唾液成分有所反应,从而启动一系列防御。

植物释放的化学物质会对毛毛虫产生直接的损害。例如,当豇豆植物受到被称为豆荚蛀虫的毛虫的威胁时,农作物似乎会向周围环境释放一种气体,从而吸引毛毛虫的捕食者。

如今,人们对植物如何发现并防御有害生物的机制知之甚少,所以任何新知识都会大有帮助,尤其是在人口迅猛增长的现代社会。

华盛顿大学的生物学家亚当·斯坦布伦纳(Adam Steinbrenner)解释说:“尽管进行了化学控制,但农作物因病虫害而遭受的产量损失通常——在全球范围内——为20%至30%。然而,许多品种对特定病虫害具有天然抗性或免疫力。我们是首个发现防御识别机制的团队。”

这项新研究建立在同作者先前的研究基础上,他们发现黏虫(Spodoptera exigua)的唾液中存在某些肽,会显著触发豇豆的防御机制,对又名芦笋蕨毛虫的害虫造成伤害,而它们是豇豆作物的最大威胁之一。

通过绘制这些接受素诱导反应的遗传学图谱,新研究揭示了植物判定威胁的过程。

作者发现植物细胞上存在豆类物种特异性受体蛋白受体(INR)。

尽管知道它很重要,但是研究豇豆植物的方法较少,这意味着研究人员不得不求助于烟草植物来验证这些受体的实际功能。

研究人员将INRs基因插入烟草植物中,然后放入饥饿的黏虫。

黏虫在撕咬并咀嚼叶片时,口水中的酶将叶片中的蛋白质分解,如果特定蛋白质片段滴入到叶片伤口处,就会得到受体Vu-In的响应。

在烟草作物中,Vu-In的存在使受到威胁的烟草植物触发激素释放,从而导致空气中乙烯和活性氧分子的增加,这些都是“一系列生物化学变化的一部分,这些变化共同抑制了昆虫的生长”,作者解释说。

鉴于害虫是对全球粮食安全的主要威胁之一,因此这种知识不仅可以保护这些植物,还可以保护我们。

该研究发表在PNAS上。

原文:https://www.sciencealert.com/black-eyed-peas-can-sense-the-saliva-of-very-hungry-caterpillars-and-fight-back

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