Nature 子刊:陈晓亚院士课题组发现植物抗虫调控新机制

来源:生物通 / 作者: / 2017-01-10
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从发芽生长到开花结实,植物要面对不同种群、日益频繁的害虫侵袭,而过于活跃的防御反应大量消耗物质与能量,影响植物正常的生长发育。那么,植物在生长过程中是如何调节自己的抗虫反应呢?已知动物和人在一生中免疫反应由盛到衰,这一现象被称为免疫衰老。一个有趣的问题是,植物抗虫抗能力是否也会衰退呢?

中科院上海植物生理生态研究所陈晓亚院士课题组在一项研究中发现了植物抗虫反应的这种时序性变化及调控机制。1 月 9 日晚上 6 点,相关研究成果在线发表于《自然 - 通讯》。

茉莉素是最重要的植物抗虫激素。在正常情况下,茉莉素信号处于静止状态。当植物遭受昆虫袭击时,一类被称为 JAZ 的蛋白迅速降解,释放茉莉素信号从而激发抗虫反应。陈晓亚、毛颖波领导的课题组分析了模式植物拟南芥在不同生长期的抗虫能力,发现防御响应由强变弱,但抗虫性却由弱变强。这种相反相成的抗性变化是如何调控的呢?通过与该所王佳伟课题组合作,研究人员发现微小核酸 miR156 在茉莉素信号输出过程中具有重要的调控作用。

毛颖波研究员解释说,miR156 被称为植物的年龄因子,其水平随着植物的生长稳步下降,导致所靶向的 SPL 蛋白含量逐渐升高,促进植物的成熟并最终进入生殖期开花结果。研究发现,SPL 能够与防御开关蛋白 JAZ 结合并阻碍其降解,导致抗虫反应弱化。既然植物在生长过程中抗虫反应呈衰减趋势,又是什么使得成年期植物反而更加抗虫呢?俗话说 “姜是老的辣”,老植物可能积累更多的有生物活性防御化合物。这启发了研究人员对拟南芥中的次生代谢物进行分析,结果发现抗虫成分(如芥子糖苷)的确随着时间的推移而稳定积累,不断充实植物的组成性、持久性抗虫能力,从而弥补了抗虫激素信号的衰减。

“虫害是农业生产和林木保护的巨大威胁,不仅带来巨大的经济损失,大量使用农药还对生态环境造成破坏。” 陈晓亚表示,这项发现不仅揭示了植物精妙的抗虫机制,对设计更加科学合理的害虫防治策略也具有重要的指导意义。

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