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動物經(jīng)常使用獨特信號來警告自己所在的“朋友圈”，注意捕食者的逼近。令人驚訝的是，植物中也觀察到類似的行為。

近日，日本多家科研機構(gòu)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種機制。新研究以擬南芥為模式植物，表明被食草動物破壞的植物會釋放出揮發(fā)性化學(xué)“氣味”，從而觸發(fā)相鄰植物防御基因的表觀遺傳修飾。這些基因隨后觸發(fā)了反草食動物防御系統(tǒng)。相關(guān)論文發(fā)表于《植物生理學(xué)》。

作者之一、東京理科大學(xué)教授Gen ichiro Arimura說，在野外，許多動物尤其是已知有捕食者的動物，都可以通過從氣味到聲音的各種“技術(shù)”，相互發(fā)出即將發(fā)生危險的信號?，F(xiàn)在，我們有理由相信植物也能在受到攻擊的威脅時發(fā)出警報。

之前的研究表明，當種植在薄荷附近時，大豆和芥菜通過激活葉片中的防御基因，表現(xiàn)出更強的防御能力，從而對抗食草性害蟲，這是薄荷揮發(fā)物進行“竊聽”的結(jié)果。簡言之，如果薄荷葉在食草動物攻擊后受損，其附近的植物會激活其反食草動物防御系統(tǒng)，以響應(yīng)受損薄荷釋放的化學(xué)信號。

為了更好地理解這一機制，東京理科大學(xué)等機構(gòu)的研究人員在模式植物擬南芥中對這些反應(yīng)進行了研究。

“周圍未受損的植物暴露在被害蟲吃掉的植物發(fā)出的氣味中，可以產(chǎn)生對害蟲的抗性。雖然在氣味敏感植物中誘導(dǎo)防御基因的表達是這種抗性的關(guān)鍵，但目前尚不清楚開啟或關(guān)閉誘導(dǎo)狀態(tài)的精確分子機制。在這項研究中，我們假設(shè)組蛋白乙酰化，或所謂的表觀遺傳調(diào)控，參與了抗性發(fā)展的現(xiàn)象。”Arimura說。

首先，研究人員將植物暴露于β—羅勒烯中，這種揮發(fā)性有機化合物通常是植物在受到斜紋夜蛾等食草性害蟲攻擊時釋放的。接下來，研究人員試圖確定揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)激活的植物防御系統(tǒng)的確切作用機制。

結(jié)果很有趣——擬南芥葉片中的防御特性可能是通過“表觀遺傳”機制誘導(dǎo)的，這是指由于外部環(huán)境影響而發(fā)生的基因調(diào)控。在這種情況下，受損植物釋放的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)增強了組蛋白乙?；头烙蛘{(diào)控基因的表達，包括乙烯反應(yīng)因子基因ERF8和ERF104。該團隊發(fā)現(xiàn)一組特定的組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HAC1、HAC5和HAM1)負責(zé)誘導(dǎo)和維持抗食草性。

研究人員對表觀遺傳學(xué)在植物防御中作用的發(fā)現(xiàn)感到興奮。他們認為，植物之間通過揮發(fā)性化合物進行交流(被稱為“會說話的植物”現(xiàn)象)有望應(yīng)用于有機栽培系統(tǒng)。這可能會增加植物的抗蟲害能力，有效減少對農(nóng)藥的大量依賴。

“在生產(chǎn)系統(tǒng)中有效利用植物的自然生存策略，將使我們更接近于實現(xiàn)一個同時解決環(huán)境和糧食問題的可持續(xù)社會。”Arimura表示。(作者：王方 )