谷物以多功能的方式对不同的食草动物进行化学防御

来自伯尔尼大学(瑞士)和马克斯普朗克化学生态研究所的一组科学家及其合作伙伴描述了苯并噁嗪在小麦中的多重功能：这种物质的毒性使植物直接抵抗鳞翅目幼虫，而毒性较小的形式调节间接防御蚜虫的机制。科学家们已经将这些不同功能之间的“转换”确定为甲基转移酶，它由毛毛虫喂食激活。这种转化使小麦植物能够适应不同食草动物的防御反应。与玉米相比，甲基转移酶还调节玉米对不同害虫的防御过程。然而，小麦和玉米中的这两种酶是相互独立进化的(《科学进展》，2018年12月5日)。

在自然界中，植物暴露在许多敌人面前，这些敌人以它们的叶子、茎和根为食，或者以它们的汁液为食。为了应对这些威胁，植物进化出了产生次生代谢物的能力，其功能包括阻止食草动物进食。植物可以以多种方式使用这种防御物质。由马克斯普朗克化学生态学研究所的tobiaskllner和伯尔尼大学的Matthias Erb领导的研究小组现在已经描述了苯并噁嗪在小麦中的功能。研究人员利用以前获得的关于玉米苯并噁嗪防御功能的详细知识。在玉米植物中，甲基转移酶起着功能转化的作用：它决定了苯并噁嗪是保护植物免受毛毛虫吃草的有效毒素，还是苯并噁嗪毒性较小，但诱导疖子的产生。质量。胼胝质用作细胞密封剂，可以阻止筛分子，使蚜虫难以吸收韧皮部汁液。“我们的方法是将玉米开关引入小麦，并永久激活它。我们与莱布尼茨植物遗传学和作物研究所的同事一起，已经培育出转基因小麦植物，它们不再能够在产生毒素和防御之间进行选择。监管，但不断产生有毒形式的苯并噁嗪。这使我们能够详细阐明苯并噁嗪在小麦中的功能，”tobiaskllner解释道。胼胝质用作细胞密封剂，可以阻止筛分子，使蚜虫难以吸收韧皮部汁液。“我们的方法是将玉米开关引入小麦，并永久激活它。我们与莱布尼茨植物遗传学和作物研究所的同事一起，已经培育出转基因小麦植物，它们不再能够在产生毒素和防御之间进行选择。监管，但不断产生有毒形式的苯并噁嗪。这使我们能够详细阐明苯并噁嗪在小麦中的功能，”tobiaskllner解释道。胼胝质用作细胞密封剂，可以阻止筛分子，使蚜虫难以吸收韧皮部汁液。“我们的方法是将玉米开关引入小麦，并永久激活它。我们与莱布尼茨植物遗传学和作物研究所的同事一起，已经培育出转基因小麦植物，它们不再能够在产生毒素和防御之间进行选择。监管，但不断产生有毒形式的苯并噁嗪。这使我们能够详细阐明苯并噁嗪在小麦中的功能，”tobiaskllner解释道。我们的转基因小麦植物不再能够在毒素产生和防御调节之间进行选择，而是不断产生苯并噁嗪的毒性形式。这使我们能够详细阐明苯并噁嗪在小麦中的功能，”tobiaskllner解释道。我们的转基因小麦植物不再能够在毒素产生和防御调节之间进行选择，而是不断产生苯并噁嗪的毒性形式。这使我们能够详细阐明苯并噁嗪在小麦中的功能，”tobiaskllner解释道。

这种方法可以彻底分析毒素产生和防御调节之间的转换如何影响小麦对鳞翅目幼虫和蚜虫的抗性。此外，科学家可以识别小麦中相应的开关，并从生物化学和系统发育的角度进行分析。尽管玉米和小麦都通过相同的保守核心生物合成途径产生苯并噁嗪——它们最重要的防御——但在这两个物种中，负责其毒性和调节形式之间转换的基因只有很远的联系。因此，这两个谷类物种可能在进化过程中独立进化。科学家称这种现象为“趋同进化”。

“趋同进化在自然界中无处不在，这是由于不同的物种相互独立地提出相同问题的解决方案。值得注意的是，两种产生相同特殊防御物质的草，进化出了相应的开关，供它们独立使用。另一方面，这可能证明苯并噁嗪对于不同功能的能力最近发生了变化。另一方面强调了专门适应不同食草动物防御反应能力的重要性。我们相信，我们在这里观察到的是一种新的调控机制的出现，从保守的植物激素经典到更专业的系统，”马蒂亚斯埃尔布说。“有趣的是，

下一步，研究人员希望知道苯并恶嗪如何控制其他防御过程。他们对发现苯并噁嗪受体是否存在特别感兴趣。如果是这样，这些可能被归类为专门的激素，从而进一步模糊了植物毒素和防御监管机构之间的界限。最终，这项研究有助于回答除了经典的植物激素之外，植物还使用毒素来调节防御的原因。

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