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昆明植物所在植物化學防御的生態功能和分子機理方面取得新進展
中國科學院昆明植物研究所極小種群野生植物綜合保護團隊的動植物受威脅生態關系專題組在開展野外工作時，發現貫葉馬兜鈴(Aristolochia delavayi)這一金沙江干熱河谷特有受威脅植物的特殊防御特征。研究團隊觀察到，受干擾的貫葉馬兜鈴葉片釋放出一種類似于臭蟲防御物質的氣味，吸引了大量盜食寄生的葉蠅(Milichiella arcuata)。盜食寄生蠅是一類以偷竊其他慢食性節肢動物的獵物為生的蠅類。這項研究中，葉蠅將臭蟲受到威脅時釋放的防御性氣味作為取食信號。鑒于金沙江干熱河谷草本植物可能面臨來自大型草食動物的較大取食壓力，而臭蟲具備較好的防御能力，研究團隊推測貫葉馬兜鈴可能通過模擬臭蟲的防御性氣味來實現自我保護。為驗證這一假設，研究團隊與云南大學、東北林業大學和英國杜倫大學合作開展了一系列野外實驗、化學分析、行為實驗和電生理實驗。研究結果表明，貫葉馬兜鈴葉片釋放的氣味在化學組成和生態功能上與臭蟲普遍產生的防御性揮發物相似。此外，這些(E)-2-烯醛類化合物能夠激活多種草食動物的TRPA1受體，從而有效地抵御草食動物的取食行為。
近日，該研究成果以 Aristolochiamimics stink bugs to repel vertebrate herbivores via TRPA1 activation 為題，在New Phytologist在線發表(原文鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/nph.19407)。該研究為植物通過擬態昆蟲信號防御草食動物的動植物多重互作生態過程提供了新的研究視角，擴展了植物氣味擬態研究領域的內涵和外延。云南大學與中國科學院昆明植物研究所聯合培養的博士研究生于玉龍、昆明植物研究所葛佳博士、東北林業大學博士研究生董文琪為論文的共同第一作者，昆明植物研究所陳高研究員和云南大學耿宇鵬教授為論文共同通訊作者，東北林業大學楊仕隆教授和英國杜倫大學Chomicki Guillaume教授也參與了該研究。研究得到了國家自然科學基金NSFC-云南省聯合基金重點項目(U1602264)、云南省科技廳科技計劃基礎研究專項-重點項目(202301AS070001)和云南省“興滇英才支持計劃”(YNWR- QNBJ-2018-017)的支持。
圖1 貫葉馬兜鈴受干擾葉、葉氣味及臭蟲對葉蠅的吸引相似性比較
圖2 牛、羊對不同喂食材料的選擇偏好比較
圖3 葉片主要揮發性成分對四種脊椎動物TRPA1受體的誘導激活情況
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