植物与植食性昆虫的分子互作:基础与应用

植物与植食性昆虫之间存在着复杂的分子互作.首先,植食性昆虫会利用自身的嗅觉和味觉化学感觉系统,通过对植物挥发性和非挥发性信息化合物的编码与解析,结合对植物颜色、形状等物理信息的感觉与编码,定位及确定寄主植物.其次,植物可以通过位于细胞膜的受体识别植食性昆虫相关模式分子和损伤相关模式分子,启动由早期信号事件和植物激素信号途径介导的防御反应,并由此而影响植食性昆虫的种群适合度.最后,为抵御寄主植物的防御反应,植食性昆虫会通过复杂多样的反防御策略适应或抑制寄主植物的防御反应.本文对如上所述的植物与植食性昆虫分子互作研究进展及由此而开发的一些害虫防控新技术进行了综述.     

植食性昆虫利用唾液腺适应寄主植物防御机制研究进展

植食性昆虫与寄主植物在长期协同进化的历程中,两者逐渐演化出丰富多样的防御与反防御机制,其中在植食性昆虫适应植物防御的过程中,唾液腺分泌物起到关键性的作用。本研究从宏观与微观两个层面,揭示植食性昆虫如何利用唾液腺以适应寄主植物防御的作用机理。回顾了昆虫唾液腺分泌物通过干预植物气孔的动态变化、适应植物细胞壁、降解植物防御性化合物等方式调控寄主植物防御的研究进展,探讨了昆虫唾液效应因子以干扰植物早期免疫信号通路、调节植物激素信号通路、与植物免疫蛋白互作等形式应对植物防御反应的内在分子机制。同时,本文依据CRISPR/Cas9、植物介导的RNAi、纳米材料介导的RNAi等新技术的发展,对基于昆虫效应因子开发的虫害防控技术的发展空间进行分析,以期为作物抗性的提高以及害虫综合治理能力的提升提供理论依据与实践指导。     

植物与植食性昆虫防御与反防御的三个层次

在植物与植食性昆虫长期的进化过程中,双方形成了一系列的防御与反防御策略。本文将这些策略归为3个层次:第一层次起始于植物对植食性昆虫相关分子模式的识别,并由此激活植食性昆虫分子模式相关的免疫反应。这种免疫反应对于不能产生效应子的植食性昆虫种群是有效的;第二层次是一些植食性昆虫种群可以通过释放特异性效应子抑制植物产生的植食性昆虫分子模式相关的免疫反应,从而在植物上正常生长与繁衍;第三层次是一些植物基因型可以通过特异抗性基因识别植食性昆虫的效应子,进而激活效应子诱导的免疫反应,表现出特异的抗虫性。深入揭示植物与植食性昆虫间的这种分子互作机制,不仅在理论上有助于理解昆虫与植物的协同进化机制,而且在实践上可为作物抗性品种的培育提供重要的技术指导。     

寄主植物对植食性昆虫与昆虫杆状病毒互作的调控

植物与植食性昆虫、植食性昆虫与昆虫杆状病毒之间的两营养级互作关系,至今已有超过半个世纪的研究历史,但这三营养级的互作研究,在近20年才引起科学家的兴趣。在查阅并理解国内外相关文献的基础上,本文主要从植物的物理性状、营养物质和次生代谢物质三个角度出发,剖析植物调控昆虫响应病毒感染的生态生理及免疫机制,阐明植物影响病毒增殖、病毒组分及其感染过程和致病力的机理。此外,本文就植物、植食性昆虫和昆虫杆状病毒互作的研究方向、研究方法,进行了初步展望,以期为更好研究多营养级共存系统的食物网关系,提供理论依据。     

植物光活化毒素与植食性昆虫的相互作用

在大自然中,没有一种植物能逃脱昆虫的为害,但也没有一种昆虫可在所有植物上取食生存。很明显,现存的每一种植物都不同程度的具有抵抗绝大多数植食性昆虫为害的机制,否则,它就会在生存竞争中被淘汰。而各种昆虫为求得生存,就得适应植物抵抗机制的各种变化[1]。1植物光活化霉素对植食性昆虫的防御Thomas[2]指出植物在受到植食性昆虫的进攻时,并不是束手无策,在长期的进化过程中,它们已发展了多种方式予以回击,例如,当害虫变得味口越来越大时,植物就会发展毒素来毒杀它们;当害虫发展其解毒酶系时,植物也会发展其它的防御策略,…     

植物-内生真菌共生体对昆虫种群的影响

植物内生真菌与植食性昆虫共用寄主植物作为食物、能量来源及栖息场所,三者之间的互作关系复杂多变,在生物种群控制、生物进化和植物生产中发挥重要作用.从植物-内生真菌共生体、内生真菌对植食性昆虫与多级营养层的影响,及内生真菌抗虫代谢产物等方面概括了内生真菌-植物-昆虫相互关系的研究进展,建议将植物内生真菌纳入植物生态学、昆虫生态学和作物病虫害控制的范畴内.     

虫害诱导的植物挥发物:植物与植食性昆虫及其天敌相互作用的进化产物

综述了植物、植食性昆虫及其天敌相互作用的进化过程。虫害诱导的植物挥发物的特征和功能是植物-植食性昆虫-天敌之间长期进化的结果。在植物、植食性昆虫与天敌相互作用的进化过程中,3个不同营养级,包括植物、植食性昆虫和天敌有着各自的调节和利用虫害诱导的植物挥发物的策略。但有一些问题,如通过实验研究得出的诱导防御在田间是否真正能起到保护作用等需进一步研究、阐明。     

植食性昆虫适应植物防御反应的研究进展

在植物与植食性昆虫协同进化过程中,植物在不断完善其防御反应,同时植食性昆虫也在选择压下不断适应植物防御反应。植食性昆虫适应植物防御反应存在多样性。昆虫能够利用其唾液中的效应因子抑制或弱化植物防御反应,激活其肠道中的某些特异性蛋白阻断植物防御性次生代谢物的产生或者将其直接降解,以及通过其携带微生物间接抑制植物防御反应。此外,昆虫还能够通过产卵、虫害诱导植物挥发物、识别植物防御物质等方式适应植物的防御反应。本文综述了植食性昆虫如何利用各种效应因子适应寄主植物防御反应的研究进展。     

虫害诱导植物间接防御反应的激发与信号转导途径

植物通过产生和释放挥发性物质增加植食性昆虫的天敌对其寄主或猎物的定位,减少植食性昆虫对植物的取食,从而达到间接防御的目的。植物对植食性昆虫所做出间接防御反应激发因子和信号转导途径的研究,对应用虫害诱导植物挥发物引诱害虫天敌,并进一步从植物、植食性昆虫及其天敌间三级营养关系,研究动植物协同进化机理和病虫害防治具有深远意义。本文根据国内外最新研究进展,对虫害诱导植物间接防御反应的激发因子,昆虫取食信号的转导途径及对植物间接防御相关基因的激活等方面进行了系统地综述。     

硅对植物抗虫性的影响及其机制

硅不是植物必需营养元素,但硅在提高植物对一系列非生物和生物胁迫的抗性方面都具有重要作用。综述了硅对植物抗虫性的影响及其机制。在多数植物中,增施硅肥可增强其抗虫性;所增强的抗性与硅肥种类和施用方式之间存在关系。植物组织中沉积的硅可增加其硬度和耐磨度,降低植物可消化性,从而增强植物组成性防御,包括延缓昆虫生长发育、降低繁殖力、减轻植物受害程度;植物体内的硅含量以及硅沉积的位点和排列方式影响组成性防御作用的强度。此外,硅可以调节植物诱导性防御,包括直接防御和间接防御,直接防御涉及增加有毒物质含量、产生局部过敏反应或系统获得抗性、产生有毒化合物和防御蛋白,从而延缓昆虫发育;间接防御主要通过释放挥发性化合物吸引植食性昆虫的捕食性和寄生性天敌而导致植食性昆虫种群下降。     

韧皮部取食昆虫诱导的植物防御反应

刺吸式昆虫与寄主植物之间具有特殊的生物互作关系。本文对刺吸式昆虫取食韧皮部诱导的植物防御反应类型、 防御物质变化、 信号途径以及植物反应转录组学研究等方面进行综述。韧皮部取食昆虫取食诱导的植物防御反应机制主要包括： (1)改变自身的营养状况; (2)产生有毒的次生化合物; (3)产生防御蛋白。防御反应与植物水杨酸、 茉莉酸、 乙烯等信号分子密切相关。研究表明, 刺吸式昆虫取食诱导的植物防御反应主要引发以水杨酸为主的信号途径, 但相关分子互作机制还有待明确。日益丰富的基因组资源和不断发展的分子生物学技术为揭示植物防御反应中信号分子的作用机制、 找出植物内生抗性的特异因子以及阐明诱导防御机制奠定了基础。了解刺吸式昆虫取食诱导的植物防御反应, 为深入理解植物-昆虫间协同进化关系提供了依据, 为害虫治理和抗虫植物的培育提供了新的思路。     

Insect-plant interactions on a planet of weeds

Two conflicting views confront ecologists and evolutionary biologists on the degree of symmetry in interactions between plants and phytophagous insects. The symmetrical view holds that insects and plants have strong effects on one another's evolutionary and ecological dynamics. Thus, herbivores are regarded as a major influence on plant distribution and abundance in contemporary ecosystems, and coevolution is commonly invoked to explain adaptive radiation in plants and insects, host specialization in insects, as well as much of the morphological and chemical variety observed in plants. The asymmetrical view acknowledges that plants have major effects on insects, but claims that insects seldom impose significant effects on plants. Proponents of the asymmetric view tend to ignore or discount insect-plant interactions in communities and ecosystems altered by human impacts. If we recognize the scope and scale of human impacts, and ways in which these impacts change insect-plant interactions, then our views about symmetry or asymmetry in insect-plant interactions will change. To understand, predict, and manage insect herbivory we need to study it in all its manifestations. In particular, the study of interactions involving alien species is both an urgent priority for environmental management and potentially a source of ecological insights on the role of herbivores in plant population and community dynamics. A complete theory of insect/host plant interactions must explain and predict interactions both within and beyond the native range. Such a theory might guide efforts to deal with environmental problems stemming from rapid rates of extinction and homogenization of the world's biota.     

植物挥发性次生物质在植食性昆虫、寄生植物和昆虫天敌关系中的作用机理

植物挥发性次生物质在植食性昆虫、寄生植物和昆虫天敌关系中的作用机理杜永均,严福顺（中国科学院动物研究所,北京１０００８０）植物挥发性次生物质是一些分子量在１００—２００的有机化学物质,包括烃类、醇类、醛类、酮类、有机酸、内酯、含氮化合物以及有机硫等化...     

关于植物因昆虫取食所诱发的求救信号

虫害会使受害植株释放求救信号 ,后者能招引来致害害虫的天敌。害虫与寄主植物之间这一关系的联因在于致害害虫的唾液酶引起了被害植物代谢过程乃至代谢产物的改变。深入研究植物体的求救信号 ,就会了解昆虫和植物如何协同进化的秘密 ,进而可为寻找害虫防治新资源提供科学的依据。     

植食性昆虫对植物的反防御机制

本文综述了植食性昆虫对植物的反防御机制.一方面,植食性昆虫可通过其快速进化的寄主选择适应性,改变取食策略,调节生长发育的节律,以及规避自然天敌等抑制、逃避或改变植物的防御,即行为防御机制;另一方面,植食性昆虫可适应植物蛋白酶抑制剂、逃避植物防御伤信号、解毒植物次生物质,以及抑制植物阻塞反应来对植物防御进行反防御,即生理和生化防御机制.其中,昆虫抑制植物伤信号,防止植物阻塞反应是反防御机制的研究热点.昆虫反防御的研究有助于提高对昆虫-植物间协同进化关系的认识,并为害虫治理和抗虫植物的培育提供新的思路.     

虫害诱导植物防御的分子机理研究进展

从虫害诱导的系统损伤信号、昆虫特异性激发子、间接防御、直接防御和负防御等方面,综述了虫害诱导植物防御的最新研究进展.在植物与昆虫的相互进化过程中,植物利用诱导防御物质对付昆虫的危害,昆虫则利用其特有的激发子降低植物的防御反应.文中比较了间接防御涉及的4种代谢途径,以及诱导挥发物释放的机制;阐明了虫害诱导植物直接防御的概念、防御物质及其作用机理;分析了虫害诱导植物负防御的机制.同时,也强调了虫害诱导林木防御反应的分子机理.     

芥子油苷在十字花科植物与昆虫相互关系中的作用

芥子油苷(glucosinolate, GS)是十字花科植物重要的次生代谢物,对调节十字花科植物与昆虫间的关系起着重要作用.由于GS及其代谢产物具有一定的毒性,因此它是十字花科植物抵御广食性植食昆虫攻击的有力手段.而寡食十字花科植物的昆虫由于具备多种GS应对机制,因此可通过GS这一十字花科植物特有的次生代谢物进行寄主选择.被植食性昆虫摄入的GS不仅可以影响天敌的生长发育,而且还对天敌有一定的驱避作用.而虫害后十字花科植物释放的GS代谢产物又可作为天敌的寄主选择信息.本文结合该领域的一些最新研究成果,从GS对植食性昆虫的毒性、寡食性害虫的寄主选择、植食性昆虫对GS的适应机制、虫害对GS-黒芥子酶系统的诱导,以及GS对天敌的影响等方面对GS如何影响植物与昆虫间的相互关系进行了综述,并就今后该领域的研究方向、研究方法提出建议.