@ 2015.03.27 , 22:41

植物抵御侵害的秘密

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“拟南芥”是用于植物研究的样品生物。

本文是对安东尼·尚皮翁和安托万·拉卢的采访。

安东尼·尚皮翁(Antony Champion)是达喀尔(塞内加尔)微生物环境刺激与植物适应性国际联合实验室(LAPSE) 植物发展多样性和适应性研究院(DIADE)的研究员。

安托万·拉卢(Antoine Larrieu)是Teva Vernoux集团在里昂高等师范学校植物育种与发育实验室的博士后研究院。两人最近合著了一篇有关植物应激反应的文章,他们接受了采访并回答了一些这个奇妙领域的问题。

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安东尼·尚皮翁(左)和安托万·拉卢

1、你们最近发布在《自然通讯》的一项研究声称生物传感器能够实时地观察植物在受到伤害时的反应方式。它的运作原理是什么?它有什么应用价值?
安东尼·尚皮翁和安托万·拉卢:
植物在感知到伤害时(机械刺激,食草动物的骚扰)会迅速分泌一种叫“茉莉酸”的应激激素。迄今为止,这个原理都是用来检测植物损伤的必要手段,避免了去追踪植物在这个过程中的动态。在法国国家科学研究院(CNRS)、诺丁汉大学和植物研究院(IRD)的合作期间,我们开发出一种荧光生物传感器来量化和定位活体植物在受伤后这种激素在细胞中的水平。我们观察发现,植物在其某片叶子受伤后,表现出两种情况:第一种会迅速向植物全株反应受伤情况,第二种则慢很多,其响应过程,特别是在传递和分泌防御因子上较为缓慢。这种生物传感器将在理解植物如何抵御外来侵害和如何适应环境上作为重要的工具。

2、植物在面对不同类型的侵害时的反应是什么?
安东尼·尚皮翁:
这些答案将取决于多种因素,但主要由生物入侵者的身份而定,得看对方是微生物还是食草动物。在涉及到微生物的大多数情况下(病毒,细菌或真菌),病变并不会自我增殖,这在自然界中是一个例外!如果感染停止,则表明该植物具有抗性。在这种情况下,防御反应一般表现为细胞级别的防御或者分泌有毒化合物来阻止寄生物的增殖。在某些情况下,植物在面对入侵者时会进入“死亡程序”,植物细胞会将植物染病部分和健康部分进行分离。这种反应经由植物的全株免疫来执行。

当出现食草昆虫侵蚀植物的时候,防御反应将被激活,以降低特定组织的可消化性。这类反应是通过水杨酸、乙烯和茉莉酸等植物激素来调节的。理解这些激素之间的相互作用、在防御机制中的角色和植物在应激状态下的反应是未来农业的一个关键。

3、植物是如何区分致病微生物和有益微生物的呢?
安东尼·尚皮翁:
终其一生,植物和伴生微生物的关系都是相互的,无论是致病微生物或者是共生微生物。致病或共生的组织并不会单独的引起植物的反应,这更像是这些组织结构之间的一场“分子对话”。在植物和病原体的相互作用,表现为“拉锯”模式。植物可识别许多常见的病原体分子并随即进行自我防护。然而,另一部分病原体则可解除这种防护。在这些反应的相互作用的情况下,植物就会被感染。

在有益的微生物和植物相互作用下,植物组织的定殖需要依靠这些微生物来防止植物免疫系统被阻隔或者被绕过。比如,最新的研究就发现,共生菌分泌的茉莉酸化合物,有利于杨树根的定殖。

4、过去的研究表明,植物们会对存在入侵者的信息相互交流。她们是怎么做到的?
安托万·拉卢:
植物之间的“沟通”主要是化学形式的。大量的实验表明,植物在受到食草动物侵蚀的时候会产生乙烯这种气体。由此产生的乙烯辐射将会向周遭的植物发起危险警报。作为回应,叶子将堆积复杂的化合物——单宁酸,从而使得它们很难消化。其它分子在植物之间的通讯里也会起类似的作用。比如番茄在受到虫害侵蚀后,就会产生挥发性的茉莉酸,茉莉酮酸甲酯。放置在附近且暴露在挥发性化合物中没有被昆虫物理侵害的植物,则会积聚特殊的分子,称为“蛋白酶抑制剂”。这些分子会直接作用于昆虫的消化系统,影响其功能并可致病。在这两种情况下,植物种群面对侵害的反应是最大限度的保障至少一部分个体得以存活。

5、在没有神经系统的情况下,植物是如何处理接受到的伤害信息的?
安托万·拉卢:
植物的伤痛感知机制和人类是类似的。完整的细胞在收到损伤相关的信号后会作出反应。这些信号各种各样,在植物受损后,细胞之间就会进行这种信号的传递。研究还发现,在植物叶子表面放置碎粒就可以触发植物的应激反应。植物向其他部位进行信号传递和动物管理突触活动的基因运作方式是类似的。当其被激活时,就可以进行从受伤部位到几十厘米遥远的部位的信号传播。这将使植物通过延缓生长来等待其发育的有利条件,并为受到进一步损害做准备。

6、最近的许多研究表明,植物非常敏感,对很多刺激都会作出反应(光,颜色,气味甚至声音),有人对“植物神经生物学”这一概念表示质疑。在这方面,二位是如何认为的?
安东尼·尚皮翁和安托万·拉卢:
对光的反应,等同于对光线“颜色”的反应,这取决于植株顶部的情况,对化学分子的反应(即“味道”)则很大程度上是基于遗传。植物和动物的生物进化具有有趣的相似性,这种神经生物学的理论很有吸引力,其中不乏一些让人醍醐灌顶的论点。此理论的支持者认为,植物是具备“智能”和“记忆”的。这些功能通常是由拥有大脑的动物来进行的。然后,植物是没有类似的器官用来存储和处理信息并作出反应的。关于植物的神经生物学的这些言论,对我所理解的植物发展没有太多影响。它是一个类似神经元的想法,但显然,这在植物中是不存在的。因此,将植物拟人化,有些夸大其词。

本文译自 passeurdesciences,由译者 格雷潘 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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