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研究人员揭示了用于植物防御动物攻击的开关

几十年的探索发现了受体,这是进化军备竞赛的产物,植物用它来感知食草动物

研究人员已经确定了植物中第一个关键的生物开关,该开关在被食叶毛虫等动物攻击后发出警报。

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  • 马里奥·阿奎莱拉

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几十年来,科学家们已经知道,植物通过复杂的反应系统保护自己免受饥饿的毛毛虫和其他植物性动物的破坏,这是数百万年进化的产物。

植物生物学家一直在积极研究这种攻击-反击防御范式的生物学机制,因为这些细节将有助于解锁改善植物健康的新策略。从应对作物虫害破坏到构建更强大的全球粮食网,这些信息对于确保可持续和可靠的产量非常有价值。

现在,加州大学圣地亚哥分校的研究人员和他们的同事们已经确定了第一个关键的生物开关或受体,当食草动物攻击时,它会在植物中发出警报。这一发现在在线出版物美国国家科学院院刊。

人类、奶牛和昆虫等动物都是异养生物,它们直接或间接地通过消耗自养生物(如光合植物)来获得能量。这个基本的基础决定了地球上的生物相互作用。30多年前,植物生物学家开始明白,植物可以感知食草动物的攻击,这与冰雹风暴或掉落的树枝造成的伤害不同。

与人类免疫防御系统抵御病毒攻击的方式类似,植物已被证明通过复杂的受体免疫系统对食草动物的危险做出反应。使用一种精确定位遗传变异的方法,称为正向遗传学,由加州大学圣地亚哥分校生物科学部的亚当·斯坦布伦纳、艾丽莎·赫芬顿克和埃里克·施梅尔茨发现了被称为INR的启动素受体,在豆类植物中.这种受体可以检测毛虫咀嚼时意外释放的消化产物中保守的植物蛋白片段,从而使植物能够识别攻击。

“INR代表了第一个有文献记载的植物细胞表面受体负责感知动物的机制,”Schmelz说,他的工作是通过解构和利用植物和食草动物之间活跃的进化军备竞赛来完成的。“我们的工作为植物如何识别不同的攻击食草动物并激活对动物的免疫问题提供了一些最早定义的机械见解。这是生物学的一个基本问题,我们已经研究了30年。”

除了豆类,这一发现还引起了人们对使用INR以及其他可能有待发现的受体来增强基本农作物的防御能力的兴趣。

施梅尔茨说:“一个关键的教训是,食草动物的植物感知机制可以被精确定义,并转移到作物中,以提供更好的保护。”“我们已经展示了一个例子,但很明显,存在数百甚至数千个机会来识别和叠加关键性状,以增强作物植物对食草动物的免疫力。”

该研究的完整作者名单:亚当•斯泰因布里纳玛丽亚Munoz-Amatriain,Antonio Chaparro, Jessica Montserrat, Aguilar Venegas, Sassoum Lo,Satohiro Okuda, Gaetan Glauser,朱利安Dongiovanni,史达,玛洛大厅,丹尼尔•Crubaugh尼古拉斯•霍尔顿西里尔Zipfel,鲁本Abagyan,泰德Turlings,盖关闭,艾丽莎而和Eric Schmelz(注:Crubaugh霍尔和贝内加斯是本科生,他们对这篇论文有贡献)。

这项研究的主要支持来自加州大学圣地亚哥分校的启动基金、生命科学研究基金会、加州大学校长博士后奖学金计划、短期EMBO博士后奖学金和华盛顿研究基金会。

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