谷物以多功能的方式利用化学防御不同的食草动物

来自伯尔尼大学(瑞士)、马克斯普朗克化学生态研究所及其合作伙伴的科学家团队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，而毒性较低的形式调节了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“过渡”确定为甲基转移酶，这种酶是由毛虫喂养激活的。这种转化使小麦植株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产物的能力，其功能包括阻止食草动物进食。植物可以以多功能的方式使用这种防御物质。马克斯普朗克化学生态研究所的托比亚斯勒纳和伯尔尼大学的马提亚斯埃尔博领导的研究小组现在已经描述了苯并噁嗪在小麦中的作用。研究人员利用先前获得的关于苯并噁嗪在玉米中防御功能的详细知识。在玉米植物中，甲基转移酶在功能转化中起作用：它决定了苯并噁嗪是否是保护植物免受毛虫食草动物侵害的有效毒素，或者苯并噁嗪是否毒性较小，但会诱导瘿的产生。质量。胼胝质被用作细胞封闭剂，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与作物植物研究所的同事一起，制造出了转基因小麦植物，它不再能在毒素产生和防御之间做出选择。规定，但不断产生有毒形式的苯并噁嗪。这使我们能够详细阐明小麦中苯并噁嗪的功能，”tobiaskllner解释道。胼胝质被用作细胞封闭剂，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与作物植物研究所的同事一起，制造出了转基因小麦植物，它不再能在毒素产生和防御之间做出选择。规定，但不断产生有毒形式的苯并噁嗪。这使我们能够详细阐明小麦中苯并噁嗪的功能，”tobiaskllner解释道。胼胝质被用作细胞封闭剂，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与作物植物研究所的同事一起，制造出了转基因小麦植物，它不再能在毒素产生和防御之间做出选择。规定，但不断产生有毒形式的苯并噁嗪。这使我们能够详细阐明小麦中苯并噁嗪的功能，”tobiaskllner解释道。我们的转基因小麦植物不再能在毒素产生和防御调节之间做出选择，而是不断产生有毒形式的苯并噁嗪。这使我们能够详细阐明小麦中苯并噁嗪的功能，”tobiaskllner解释道。我们的转基因小麦植物不再能在毒素产生和防御调节之间做出选择，而是不断产生有毒形式的苯并噁嗪。这使我们能够详细阐明小麦中苯并噁嗪的功能，”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化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——它们最重要的防御机制——但在这两个物种中，负责在毒性和调节形式之间切换的基因只是远程相关的。因此，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“收敛进化”。

“收敛进化在自然界中无处不在，这是由于不同的物种独立地为同一个问题提出解决方案。值得注意的是，两种产生相同特殊防御物质的草，都进化出了相应的开关，供各自独立使用。另一方面，这可能证明苯并噁嗪化合物对不同功能的能力最近发生了变化。另一方面强调了特异性适应不同食草动物防御反应能力的重要性。我们认为，我们在这里观察到的是一种新的调节机制的出现，从保守的经典植物激素到更专业的系统，”Matthias Erb说。“有趣的是，

下一步，研究人员想知道苯并噁嗪是如何控制其他防御过程的。他们对发现是否有苯并噁嗪受体特别感兴趣。如果是这样，这些可能被归类为专门的激素，进一步模糊了植物毒素和国防监管机构之间的界限。最后，这项研究有助于回答为什么植物除了使用传统的植物激素外，还使用毒素来调节防御。

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