中國科學院昆明植物研究所
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昆明植物所爲昆蟲取食誘導的植物系統性信號保守性提供新證據

文章来源:資源植物與生物技術重點實驗室  |  发布时间:2021-07-30  |  作者:雷云霆  |  浏览次数:  |  【打印】 【關閉

 

  在自然界中,植物能夠感知局部的脅迫,並産生某些系統性信號以介導整個植物的生理響應。植物的系統性響應至少存在三種類型:對病原體的系統性獲得抗性(systemic acquired resistance)、對損傷和昆蟲取食的系統性損傷響應(systemic wound response)以及對非生物脅迫的系統性獲得適應(systemic acquired acclimation)。损伤或昆虫取食诱导的系统性信号已在单子叶植物和双子叶植物中得到了证实,并且对于植物防御昆虫的取食至关重要。然而,损伤或昆虫取食诱导的植物系统性信号的本质和进化仍然不清楚。目前,嫁接技术广泛用于植物系统性信号的研究,但是不同科属双子叶植物之间的嫁接十分困难,单子叶植物更是难以嫁接。作爲广谱性寄生植物,菟丝子可以寄生在系统发育距离较远的不同物种上。菟丝子维管束系统与寄主植物维管组织相融合,从而获得寄主水分、营养。中國科學院昆明植物研究所吴建强研究团队的前期工作表明,菟丝子能够在不同寄主间传递抗虫信号、盐胁迫信号以及营养信号。因此,菟丝子寄主互作系統突破了傳統嫁接技術的限制,是植物系統性信號研究的又一個嶄新的體系。

  近期,吳建強團隊利用菟絲子連接的親緣關系較遠的不同維管植物,探討了昆蟲取食誘導的植物系統性信號的進化保守性。由于田野菟絲子Cuscuta campestris無法在大部分單子葉植物和蕨類植物上獨立生存,所以該研究首先將菟絲子寄生于其天然寄主(如擬南芥、青蔥或者煙草),然後進一步寄生到菟絲子的非天然寄主上(如玉米和腎蕨),從而構建菟絲子連接的植物集群(圖1),進一步利用該植物集群研究昆蟲取食誘導的植物系統性響應。結果表明,昆蟲取食誘導的系統性信號可以通過菟絲子在單子葉植物和雙子葉植物之間,甚至在蕨類植物和雙子葉植物之間傳遞,並且可以增強信號接收植物的防禦能力(圖2)。因此,該研究推斷昆蟲取食誘導的系統性信號可能在維管植物中十分保守。此外,該研究還證明了茉莉酸途徑可能是維管植物中系統性信號物質的生物合成和/或傳遞的一個古老調節因子。該研究揭示了昆蟲取食誘導的系統性信號在維管植物的進化中高度保守,爲系統信號的本質和進化提供了新的見解。 

  該研究成果以Herbivory-induced systemic signals are likely evolutionarily conserved in euphyllophytes 題發表在Journal of Experimental Botany杂志上,中國科學院昆明植物研究所助理研究员雷云霆爲该论文第一作者,吴建强研究员爲通讯作者,博士后许宇星、张井雄和宋娟参与了该研究工作。该项目得到中國科學院生物互作卓越中心、中國科學院B类先导专项培育项目、国家自然科学基金项目、中國科學院国际合作项目以及中国博士后科学基金等经费的支持。 

  文章鏈接 

 

图1. 菟丝子连接的拟南芥-玉米、青葱-玉米和烟草-肾蕨植物集群。 

 

图2. 菟丝子将昆虫取食诱导的系统性信号从肾蕨传递给烟草 

(責任編輯:李雪)

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