研究发现 植物防御层对挥发性化合物具有意想不到的作用

普渡大学的生物化学家和她的同事们开创了新方法，以增加对植物防御以及在生物燃料，药品和其他产品中使用重要的挥发性化合物的生产。在研究植物如何更有效地释放这些化合物的同时，纳塔利娅·杜达雷娃(Natalia Dudareva)的团队还发现了一个意外的因素在植物细胞功能中发挥了作用。

Dudareva的团队此前曾分析过质膜中挥发性化合物的排放，并且正在努力简化表皮的通过，该表皮是植物器官表面的蜡状物质，是植物抵抗病原体和害虫的一部分。角质层还可以帮助植物保持水分，并且同样可以将挥发性化合物捕获在组织中。

团队认为，解决方案是使表皮变薄。实验室通过手动从矮牵牛花中除去一些表皮，并开发出具有更薄表皮的经基因改造的矮牵牛来达到这一目的。

“如果角质层是花朵外部的屏障，从逻辑上讲，您会认为更薄的角质层将使植物中的挥发性化合物更容易通过，”植物化学的杰出教授兼植物学系副主任Dudareva说。普渡大学植物生物学中心。“然而，我们看到了相反的情况。使表皮变薄导致挥发性化合物的排放减少，并且整个工厂中这些化合物的产量甚至减少了。”

在发表于《自然化学生物学》杂志上的这些发现之前，尚不知道角质层在内部挥发性代谢中起任何作用。该小组还包括生物化学博士后研究员潘and和化学工程研究生里克·雷(Rick Ray)，他们发现关键问题是疏水性挥发性化合物被吸引在疏水性表皮中积聚，从而阻止了内部细胞的积聚。

杜达莱娃实验室的研究科学家约瑟夫·林奇说：“当我们使表皮变薄时，我们减少了挥发物的储存量。” “无处可去，产生相同数量的挥发物会对植物产生毒性。细胞要么不得不减少挥发物的产生，要么死亡。”

化学工程学教授约翰·摩根(John Morgan)说，这些发现使研究小组创造了“挥发物排放因子”这个术语，即排放的挥发物比率与工厂中合成的挥发物比率之比。该参数应适用于任何植物挥发物。

摩根说：“我们的化学工程师对无量纲的数字感到兴奋，我们有机会在这里开发一个。“我们希望人们在工作中采纳这一点。”

展望未来，Dudareva和她的团队将继续努力改进，以提高排放挥发性化合物的植物，包括调查的角质层会变厚如何影响生产和排放。

杜达莱娃说：“我们了解到表皮是一个水槽，如果没有那个水槽，这些细胞会关闭这些挥发物的产生。” “这使排放量的增加比我们以前想象的要复杂，但是揭示了可能影响这些化合物生产的因素。”

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