绿叶挥发物=植物自我防御？！ 研究探索其生物农药的潜力
当我们在修剪完草坪或植物后通常会闻到一股清新味道，你是否也好奇过，这股味道究竟是什么？这其实是绿叶挥发物(Green leaf volatiles)或者称其为GLVs。这种物质是一种可以用于与其他植物进行通信并抵御草食动物或细菌、真菌等病原体的挥发性油。
植物，几乎每种绿色植物，在受到攻击时都能够迅速合成和释放GLVs，这既可以直接驱赶攻击者，也可以间接吸引草食性昆虫的天敌，并启动植物的其他防御机制。
研究人员虽然了解GLVs在保护植物方面发挥着重要作用，但它们的作用机制仍然不清楚。
生物化学研究员Sasimonthakan Tanarsuwongkul，通过与南卡罗来纳大学Wang实验室和Stratmann实验室的合作，研究了植物细胞如何释放绿叶挥发物。最近在《植物、细胞与环境》期刊上发表了相关研究中内容，其中，确定了GLVs在诱导番茄细胞防御响应方面可能使用的潜在信号通路。研究的最终目标是找到使用GLVs控制农业害虫以实现清洁农业。
植物的防御系统
植物采用许多防御系统来保护自己。第一道防线涉及使用损伤相关的分子模式（damage-associated molecular patterns, DAMPs）检测微生物入侵和损伤的存在，DAMPs 是由受损或死亡细胞释放的分子。
当细胞识别到DAMPs时，就会触发免疫应答并促进修复机制。它还会导致钙离子浓度的变化，进一步激活与免疫相关的基因和蛋白质。DAMPs还会开启许多应激信号通路中通用的蛋白质，从而激活其他的防御反应。
许多研究表明，GLVs 的作用与 DAMPs 相似。因此，研究团队希望能够证明GLV是否也能起到DAMPs的作用。为此，研究团队探究了番茄细胞中哪些蛋白质会被开启或关闭。通过一种叫做磷酸化的过程，以化学方式改变蛋白质的结构，从而开启或关闭蛋白质。蛋白质磷酸化在调节大量细胞过程中发挥着核心作用，并涉及许多信号传输途径。研究番茄细胞的磷酸化蛋白质组（或在一个系统中磷酸化的所有蛋白质）有助于比较 GLV 和 DAMPs 的信号传导途径。
研究发现，许多参与绿叶挥发物信号通路的蛋白质都参与了调节应激。其中包括 DAMPs 信号通路的组成部分，这支持了GLVs 在激活防御反应方面的功能类似于 DAMPs的假设。
在农业中使用GLVs
农业通常会对自然资源和环境造成巨大压力。例如，使用传统杀虫剂可能导致环境恶化和害虫的抗药性。
生物农药作为一种毒性较低的替代品越来越受欢迎。这些是自然存在的生物或化合物，可抑制害虫的生长和传播。例如，植物挥发的有机化合物是植物源生物农药的一种，已经被证明可以减少合成杀虫剂在粮食储存中管理害虫的使用。
因此，GLVs在农业中也可能是有效的生物农药。一项研究表明，GLVs可以吸引一种植物害虫，名叫Apion miniatum的甲虫，这种甲虫通常以一种难以控制的杂草 Rumex confertus 为食。此外，在野生烟草植物的田间研究中发现，释放GLVs可以吸引草食动物的天敌。这些草食动物竞争者的存在不仅可以控制昆虫害虫，还可以增加原本生长的植物的产量。
Sasimonthakan表示未来希望通过进一步的研究，相信GLVs有潜力在自然中控制害虫并支持可持续农业。
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编译 | LYJ
审核 | Daisy
排版 | 绿叶
【拓展阅读】
3. 在沙漠中种植蔬菜的农场
【参考链接】
https://phys.org/news/2024-01-green-leaf-volatiles-toxic-pesticide.html
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14795
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2014.00578/full
https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.12977
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2020.583275/full
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jpestics/43/3/43_D18-020/_article
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