有趣!紅薯被蟲咬後,會釋放揮發物告知鄰近植物

愛科學愛自然 發佈 2019-12-15T15:19:46+00:00

植物揮發性有機化合物(VOCs)是個體間信息傳遞的主要載體,可介導許多生態相互作用。植物可以釋放VOC以吸引食草動物的天敵或者傳播到同一植物到遠端以應對食草動物進一步的傷害。此外,更有意思的是,相鄰的植物也可能識別這些VOC信號,通過啟動自己防禦反應來減少可預測的損害。

植物揮發性有機化合物(VOCs)是個體間信息傳遞的主要載體,可介導許多生態相互作用。植物可以釋放VOC以吸引食草動物的天敵或者傳播到同一植物到遠端以應對食草動物進一步的傷害。此外,更有意思的是,相鄰的植物也可能識別這些VOC信號,通過啟動自己防禦反應來減少可預測的損害。



2019年11月22日,Scientific Reports雜誌在線發表了來自德國馬普研究所Axel Mithöfer台灣國立大學Kai-Wun Yeh課題組合作題為「Volatile DMNT systemically induces jasmonate-independent direct anti-herbivore defense in leaves of sweet potato (Ipomoea batatas) plants」的研究論文。該研究表明紅薯在各種食草動物咀嚼後誘導釋放揮發性化合物DMNT,該化合物會介導鄰近的甘薯植物的全株系統性防禦反應。




此外,介於該文章的有趣性,Science雜誌在線發表了題為「Sweet potato can warn neighbors of insect attacks」的評論文章。該文認為紅薯育種者有可能對植物進行改造,使其生產出一種全天然的害蟲防禦劑。


植物會受到不同種類的生物脅迫,尤其是草食性昆蟲。由於其攻擊植物的方式多變性而構成主要威脅。草食性昆蟲會導致植物受侵染的組織受到機械性傷害,同時會誘導植物產生信號化合物,而周圍對植物可以識別這些信號化合物以誘發適當的防禦反應。特別是鱗翅目和鞘翅目的咀嚼昆蟲會造成嚴重的組織損傷,但同時會觸發植物中獨特的防禦相關信號傳導途徑。通常,植物防禦策略分為直接或間接。直接防禦策略通常依賴於有毒,排斥或抗營養的化合物,並直接促進植物的防禦。間接防禦是指除宿主和攝食昆蟲外其他水平的參與。如草食昆蟲誘導的植物揮發物(HIPV)的產生和排放,例如萜類化合物或脂肪酸衍生物(綠葉揮發物),可以吸引草食動物的捕食者和/或寄生蟲,並減少侵染。


該研究首先發現生長在台灣的紅薯Tainong 57品種通常耐草食動物,而Tainong 66品種卻經常受到害蟲的食用。之後,研究者讓非洲棉葉蟲去食用這兩種品種的紅薯,研究表明兩種植物都釋放出至少40種化學揮發性的化合物,其中Tainong 57品種特異產生一種叫做DMNT的化學物質(見下圖),該物質具有非常明顯的氣味。以往研究表明這種化學物質會誘導某些物種的防禦反應。


進一步將兩棵紅薯緊挨著,並用鑷子將一顆植物弄傷,從而生產出DMNT,研究表明,DMNT會使鄰近健康的紅薯植物在其葉片中產生更多的Sporamin蛋白,而Sporamin是在甘薯塊根中特異表達的一類特殊貯藏蛋白 ,它不僅具有一般貯藏蛋白的特性 ,而且還具有胰蛋白酶抑制劑的活性,能夠讓昆蟲消化受到抑制(如下圖)。


因此,該甘薯育種者可以利用基因工程來使不同品種的甘薯產生與tainong57一樣多的DMNT,並表現出相同的防禦反應。

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