植物与植食性昆虫相互作用的分子机制

在长期的协同进化中,植物建立起应对昆虫取食为害的精密而又复杂的防御机制,植物转录组调控中防御应答基因的表达及防御物质的合成因不同的昆虫取食方式而异。一般来说,咀嚼式口器昆虫取食时造成大面积组织伤害,可诱导植物产生伤害反应;而刺吸式口器昆虫因其特殊的口针取食,诱导植物激活病原体相关的防御途径。不同的防御途径激活不同的识别机制和信号途径。本文从信号识别和转导上综述了不同食性的昆虫取食植物时所引发的防御反应,分析了昆虫-植物相互作用关系的分子机制。     

植物防御的新发现: 植物-植物相互交流

 植物和昆虫在长期的相互作用过程中形成了复杂的防御体系。近年来, 人们发现植物在受到外界伤害后, 它们邻近的健康植物能够感受到威胁来临, 并积极表达抗性基因和产生防御物质。这种现象被称为“植物-植物相互交流”。一系列的相关研究表明: 绿叶挥发物和萜烯类物质是受伤害植物对邻近健康植物发送的主要信号, 邻近的健康植物在接收到这些挥发性有机化合物信号后, 直接防御和间接防御能力都能够迅速提升。人们猜测植物挥发性有机化合物“启动”了邻近健康植物的多种防御反应, 使它们在面临真正威胁时迅速做出防御反应。然而, 植物-植物交流的分子机制至今尚不清楚。我们运用拟南芥(Arabidopsis thaliana)全基因组芯片技术和突变体材料, 对植物-植物交流的分子机理进行了探讨。结果发现: 有效的挥发性有机化合物并不限于绿叶挥发物和萜烯类物质, 且挥发性有机化合物的种类和节律能够相互配合, 从而达到最佳效果; 邻近健康植物的乙烯信号途径在植物-植物交流过程中是不可或缺的, 茉莉酸信号起到了辅助和信号放大的作用。     

烟草损伤信号分子机制及其相关基因表达的研究进展

植物在遭受机械损伤或食草动物伤害时,体内的信号应答防御系统立即被激活,从而激活防御相关基因的表达,达到自我保护的目的。信号分子如系统素、系统素糖肽前体物质,是茄科植物中具有信号传导功能的一类多肽,在损伤信号传导方面起着重要的作用。近年来,对系统素家族以及茉莉酸等信号传导方面的研究有了很大的进展,本文着重对烟草中的主要损伤信号分子进行系统的阐述,并且对损伤后烟草相关基因的表达变化做了简单的归纳与分析,旨在为烟草的抗虫性、烟叶的储存与加工等方面的研究提供参考。     

大草蛉对不同时期芳香植物甜罗勒及其主要挥发物质的嗅觉行为反应

为明确芳香植物甜罗勒Ocimum basilicum不同时期对捕食性天敌大草蛉Chrysopa pallens的影响作用,本研究利用Y型嗅觉仪测定了甜罗勒不同发育阶段（营养期和开花期）对大草蛉的嗅觉行为反应,并通过GC-MS检测了甜罗勒不同发育阶段花和叶释放的挥发性化合物,进而测定了芳樟醇、罗勒烯、丁香酚、萜品油烯、樟脑、β-榄香烯6种主要挥发物质在0.1 μg/L和0.01 μg/L浓度下对大草蛉的嗅觉行为反应。结果表明,开花期的甜罗勒植株可以显著吸引大草蛉雌虫。甜罗勒主要挥发物为单萜和倍半萜。0.1 μg/L浓度芳樟醇和0.01 μg/L浓度β-榄香烯可显著吸引大草蛉。0.1 μg/L、0.01 μg/L浓度的萜品油烯和0.01 μg/L浓度的樟脑、丁香酚、芳樟醇、罗勒烯对大草蛉具有不显著的趋向选择。因此,大草蛉对甜罗勒偏好性可能与不同时期的挥发物质不同有关,这为进一步开发甜罗勒作为大草蛉诱集定殖功能植物提供支撑数据。     

植物警戒色的研究进展

植物为适应植食动物的取食压力而进化出物理、化学等多种防御机制,以把植食伤害降到最低程度,但动物不断的抽样尝试行为还是让有防御行为的植物受到伤害。因此,向潜在的植食动物传达自己的防御信号对植物是有益的。颜色作为一种稳定有效的视觉信号通常是花和果实的诱惑信号,某些情况下也是一种警戒防御信号,植食动物经过抽样学习后能识别这种防御信号并主动回避,从而形成了植物的警戒色。起源于猎物-捕食者关系的警戒色理论在动物界得到了充分研究,但植物警戒色却不为人所知,直到2001年Hamilton关于秋季树叶颜色的信号假说公开发表后,才引起人们对植物警戒色的初步研究。如今在早秋变色树种、幼叶、多剌植物、植物繁殖器官都发现了警戒色的一些例证,尽管有些还不太明确甚至存在争议,但至少为植物警戒色的进一步研究奠定了基础。植物营养体颜色在时空上的多态性变化值得人们更深入地研究,防御权衡假说也预示了防御有害植食动物的警戒作用存在于繁殖器官的可能性,研究它们生理和生态适应意义有利于人们更深程度地理解植物-动物之间的复杂关系。     

新型烟草化学成分及医药成分的初步分析

采用酯酶同工酶分析方法鉴定出新型烟草罗勒烟中转入了亲本药用植物罗勒的遗传物质.烟叶主要化学成分分析显示,罗勒烟具有低糖、中高烟碱的特点.气相色谱-质谱联用技术初步分析表明,罗勒烟中含有柠檬烯、香薷酮β-丁香烯和罗勒烯等罗勒挥发油的成分,并产生了水α-松油醇、金合欢烯和γ-古云烯等新的医药成分和香料成分.罗勒烟在卷烟、食品和医药等领域具有很高的综合利用价值.     

蚜虫诱导的植物免疫反应

在植物与昆虫长期的互作过程中,植物建立起一系列精密而又复杂的防御机制以应对昆虫取食为害,并且能够识别不同取食类型昆虫的效应因子作出不同的防御应答。最近研究揭示了许多植物与蚜虫之间相互抗争的分子机制,这不仅包括植物激素介导的诱导防御途径、植物先天免疫系统和基于gene-for-gene的R抗性识别和作用机制,而且还包括蚜虫在取食过程中分泌的唾液成分,它有助于蚜虫取食韧皮部组织,抑制植物病原相关分子模式激活的免疫反应(Pathogen-associated molecular patterns triggered immunity,PTI)防御,以及被植物核苷酸结合位点区-亮氨酸重复序列区(NBS-LRR)膜受体识别激活效应因子免疫反应(ETI)防御等方面。本文综述了蚜虫诱导的植物防御途径、蚜虫诱导的植物免疫反应、蚜虫效应因子的鉴定与功能分析三方面的最近研究进展,提出了未来发展的研究方向。这些基于病原微生物提出的"zig-zag"模型为进一步理解植物先天免疫、诱导防御系统和蚜虫唾液腺组分的互作提供新理论支撑,为揭示了植物与蚜虫抗性互作的分子机制及有效安全地防治害虫提供了新思路。     

蚜虫诱导的植物免疫反应

在植物与昆虫长期的互作过程中,植物建立起一系列精密而又复杂的防御机制以应对昆虫取食为害,并且能够识别不同取食类型昆虫的效应因子作出不同的防御应答。最近研究揭示了许多植物与蚜虫之间相互抗争的分子机制,这不仅包括植物激素介导的诱导防御途径、植物先天免疫系统和基于gene-for-gene的R抗性识别和作用机制,而且还包括蚜虫在取食过程中分泌的唾液成分,它有助于蚜虫取食韧皮部组织,抑制植物病原相关分子模式激活的免疫反应(Pathogen-associated molecular patterns triggered immunity,PTI)防御,以及被植物核苷酸结合位点区-亮氨酸重复序列区(NBS-LRR)膜受体识别激活效应因子免疫反应(ETI)防御等方面。本文综述了蚜虫诱导的植物防御途径、蚜虫诱导的植物免疫反应、蚜虫效应因子的鉴定与功能分析三方面的最近研究进展,提出了未来发展的研究方向。这些基于病原微生物提出的"zig-zag"模型为进一步理解植物先天免疫、诱导防御系统和蚜虫唾液腺组分的互作提供新理论支撑,为揭示了植物与蚜虫抗性互作的分子机制及有效安全地防治害虫提供了新思路。     

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.     

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。     

系统素、茉莉酸在番茄系统伤反应中的作用

当植物受到机械损伤或昆虫伤害时,植物体会在受伤部位产生伤信号分子启动防御基因的系统表达,蛋白酶抑制剂基因是防御基因的一典型代表.番茄是研究植物系统伤信号很好的模式植物,目前,三种类型的番茄系统伤信号突变体被鉴定出来,通过对番茄系统伤信号突变体进行功能分析并在它们之间进行相互嫁接实验,研究结果表明系统素和茉莉酸通过同一信号通路来激活防御基因的系统表达.系统素(或它的前体原系统素)在受伤部位激活茉莉酸的合成,使之达到系统反应的水平,应对外来伤害;茉莉酸或其衍生物是重要的系统伤信号分子,它诱导伤防御基因的系统表达.植物的系统伤反应可比做动物的炎症反应,它们之间有许多相似之处.     

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MPK信号通路与信号分子H2O2和NO之间的相互关系

促分裂原活化蛋白激酶(MPK)级联途径是真核细胞中普遍存在且保守的信号传导通路,广泛参与植物生长发育和植物抵抗生物和非生物胁迫的防御反应。过氧化氢(H2O2)和一氧化氮(NO)作为重要的信使分子也广泛参与植物生长发育和防御反应的信号传导。近年来,研究也表明MPK信号通路与信号分子H2O2和NO之间存在着多种复杂的关系。一方面,在一些刺激的信号传递过程中,MPK信号通路参与了信号分子H2O2和NO的产生、清除或其信号的向下传递等过程;另一方面,在有些刺激的信号传递过程中,它们位于不同的信号传递途经中,行使不同的功能。本文就目前植物MPK信号通路与H2O2和NO之间相互关系的研究现状进行了综述和分析,并指出了该研究领域存在的问题。     

植物防御激素介导的信号途径间的交叉对话

植物与病原物相互作用的过程中,植物体内发生一系列的信号传递,并激发植物的防御体系,使植物产生抗病性反应。目前已经明确植物激素如水杨酸、茉莉酸和乙烯在调控抗病和防卫信号传导网络中扮演了重要的角色。该文综述了近年来国内外有关3种信号途径间相互作用方面的研究进展,同时阐述了NPR1、EDS1、MPK4等关键调控蛋白在协调这些复杂关系中的作用,并对今后的研究前景进行了展望。     

植物与植食性昆虫化学互作研究进展

植物与植食性昆虫之间存在着复杂的化学相互作用。一方面,当遭受植食性昆虫为害时,植物能识别植食性昆虫相关分子模式,触发早期信号事件和激素信号转导途径,并由此引起转录组与代谢组重组、直接和间接防御化合物含量升高,最后提高对植食性昆虫的抗性。另一方面,植食性昆虫也能识别植物的防御反应,并能通过分泌效应子、选贮、解毒以及降低敏感性等反防御措施抑制或适应植物的化学防御。深入剖析植物与植食性昆虫的化学互作,不仅可在理论上丰富对昆虫与植物互作关系的理解,而且可在实践上为作物害虫防控新技术的开发提供重要的理论与技术指导。     

植物酶系统对UV-B辐射的响应机制

紫外辐射作为一种自然界存在的环境因子,影响着植物的生长发育。在植物从太阳辐射中获得光照和热量的同时,不可避免地要受到UV-B辐射的胁迫。植物在长期对环境的适应中,在体内形成了防御系统,以保护自身的安全,酶系统是其中之一。植物酶系统在实施防护的同时也受到了UV-B辐射的影响,信号分子对调节酶响应UV-B胁迫起了关键作用。本文重点论述了UV-B辐射增强下,植物酶系统的变化、植物酶系统的响应机制以及酶系统与信号物质的关系,并对该领域未来的研究方向提出了展望。     

吲哚——种间及跨界信号分子新成员

吲哚作为一种典型的氮杂环芳烃化合物,在自然界中广泛存在。近年来,越来越多的研究表明吲哚具有一定的生物活性,是一种新型种间及跨界的信号分子。研究发现,吲哚不仅可以调节微生物的毒性、耐药性、生物膜形成以及群感效应等生理生化行为,调控植物生长发育和防御系统的形成过程,还能够影响动物的肠道炎症、细胞氧化压力及荷尔蒙分泌等生理健康。因此吲哚在微生物代谢、动物健康和植物生长等多个方面扮演了重要角色,具有重要的生物学及生态学双重意义。文中综述了吲哚从生物代谢到信号传递的研究历史,及其在微生物种内或种间以及微生物-动植物之间跨界的信号传导与调控作用的研究进展,旨在为揭示复杂环境中吲哚生物代谢及信号调控的生物学意义与生态学机制提供重要的理论指导。     

四川米易逸生植物毛叶丁香罗勒精油化学成分研究

用气相色谱保留指数定性法,气相色谱-质谱-计算机联用技术和标准品叠加法研究了米易县的逸生植物——毛叶丁香罗勒(Ocimum gratissimum L.var.suvae Willd)的精油化学成分。从分离出的53个色谱峰鉴定出21个化合物.主要成分是丁香酚(84.500％)、顺-罗勒烯(4.567％)、顺-石竹烯(1.516％),α-依兰油烯(2.457％)。已鉴定成分相对含量占全油的96.641％.此精油的丁香酚含量明显高于其它地区栽培的同种植物.     

过氧化氢酶在植物胁迫响应中的功能研究进展

作为信号分子的过氧化氢是植物复杂信号传导中的一个重要组成部分,它介导了多种植物胁迫反应并对其平衡的维持和调控起到了非常重要的作用。越来越多的研究证实了胁迫反应中过氧化氢酶与过氧化氢含量的变化有一定的关系,同时又和其它信号因子存在着交互作用。本文综述了近年来过氧化氢酶在植物遭受病害、水分、盐渍、光等胁迫反应中的调控作用,以及在这些反应中过氧化氢酶、过氧化氢、蛋白激酶、转录因子与其它信号分子所构成的可能信号网络和过氧化氢的限速步骤方面的研究进展。     

茉莉酸在植物诱导防御中的作用

茉莉酸(JA)和茉莉酸甲酯(MeJA)作为与损伤相关的植物激素和信号分子,广泛地存在于植物体中,外源应用能够激发防御植物基因的表达,诱导植物的化学防御,产生与机械损伤和昆虫取食相似的效果。大量研究表明,用茉莉酸类化合物处理植物可系统诱导蛋白酶抑制剂(PI)和多酚氧化酶(PPO),从而影响植食动物对营养物质的吸收,还能增加过氧化物酶、壳聚糖酶和脂氧合酶等防御蛋白的活性水平,导致生物碱和酚酸类次生物质的积累,增加并改变挥发性信号化合物的释放,甚至形成防御结构,如毛状体和树脂导管。经茉莉酸处理的植物提高了植食动物的死亡率,变得更加吸引捕食性和寄生性天敌。挥发性化合物——茉莉酸甲酯可以从植物的气孔进入植物体内,在细胞质中被酯酶水解为茉莉酸,实现长距离的信号传导和植物间的交流,诱导邻近植物产生诱导防御反应。茉莉酸和茉莉酸甲酯分别具有4种立体异构,其中具有活性的是顺式结构,但顺式结构不稳定,会差向异构化为反式结构。茉莉酸的代谢物(Z)-茉莉酮(cis-Jasmone)具电生理活性,在植物诱导防御中起作用,并且在防御信号的作用上不同于茉莉酸和茉莉酸甲酯。