由于植物扎根于地面，它们无法逃避昆虫、病原体或其他威胁其生存的威胁。但植物学家早就知道，它们会通过一种名为挥发性有机化合物的气味化学物质相互发出警告。
“它们使用挥发物是因为它们不会说话，”普渡大学生物化学和园艺与景观建筑学杰出教授 Natalia Dudareva 说道。“植物会向邻近植物通报病原体攻击情况。这看起来几乎就像免疫一样。在正常情况下，你看不到受体植物有任何变化。但一旦受体植物被感染，它就会做出更快的反应。它已经做好了应对的准备。”
植物学家早就知道这种类似免疫的启动过程，但直到几年前，他们还没有办法研究这个过程。他们需要一种标记来表明植物已经检测到了挥发性化合物。
植物信号转导的新发现
Dudareva 和 13 位合著者在 近 美国数据 发表在《科学》杂志上的一篇论文中描述了检测过程的新细节。该团队包括来自普渡大学、法国让莫内圣艾蒂安大学和加州大学戴维斯分校的研究人员。
科学家对植物挥发物受体知之甚少。杜达列娃说，哺乳动物和昆虫也有这种受体，但它们感知挥发物的方式差异太大，无法帮助研究人员研究植物中的这一过程。
由普渡大学科学家领导的研究小组记录了矮牵牛如何利用挥发性有机化合物进行交流的新细节。挥发物在植物保护中的作用
2019年，杜达列娃及其同事在《自然化学生物学》杂志上发表了他们发现的一种新生理过程—— “自然熏蒸作为花器官之间挥发性物质运输的机制”。该研究描述了植物的花管如何产生挥发性化合物来对柱头（雌蕊中收集花粉的部分）进行消毒，以防止病原体的侵袭。
“柱头上有很多糖，尤其是在矮牵牛中。这意味着即使没有这些挥发物，细菌也能很好地生长，”杜达列娃说。“但如果柱头没有接受管产生的挥发物，它也会更小。这是器官间的沟通。现在我们有了一个很好的标记——柱头大小——来研究这种沟通过程。”
这项研究的主要作者、普渡大学园艺与景观建筑专业的博士生 Shannon Stirling 表示，通过照片测量发现，柱头在接触挥发性物质后尺寸存在统计差异。“你可以看到这是一个一致的趋势，”她说。“一旦你观察了足够多的柱头，你就能用肉眼看到尺寸略有不同。”
理解植物反应的突破
结合对可能涉及的蛋白质的基因操作，该研 揭开大自然无声的低 科学家正在破译花朵的秘密语言 究令人惊讶地揭示了类似karrikin的信号通路在矮牵牛细胞信号传导中起着关键作用。
“卡里金不是由植物产生的，”斯特林说。“它们是在植物燃烧时产生的，而我们的植物从未暴露在烟或火中。”
研究小组还证实了卡里金样通路在检测挥发性倍半萜方面的重要性。许多植物利用倍半萜与其他植物进行交流，并发挥其他功能。
令人惊讶的是，所识别的 karrikin 受体表现出选择性感知一种倍半萜化合物的信号的能力，但不能感知其镜像，这种特性被称为“立体特异性”。该受体似乎对该化合物具有高度选择性，研究合著者、普渡大学生物化学博士后研究员 Matthew Bergman 说。
“植物会产生许多不同的挥发性化合物，并接触到许多其他化合物，”伯格曼说。“这种受体对从管道发出的信号具有高度的选择性和特异性，这非常了不起。这种特异性确保没有其他挥发性信号通过。没有错误信号。”
方法论挑战与创新
对于斯特林来说，这项研究需要掌握一种复adb 目录 杂的方法，即暂时改变矮牵牛雌蕊的蛋白质水平，以识别信号受体蛋白的相互作用。“雌蕊和柱头很小。由于它们的大小，操作起来有点困难，”她说。“即使是你需要获取足够样本的柱头数量也相当大，因为它们重量不大。”
该方法包括将某种细菌注射到柱头中以引入目标基因，然后分离产生的蛋白质。
“操纵这么小的器官并不容易，”伯格曼说。“但香农能够用注射器轻轻刺破柱头，并如此巧妙地将这种细菌注入柱头。她在这方面相当专业。”
矮牵牛通常色彩鲜艳，香气宜人，但普渡大学的科学家们也非常看重它们，因为它们可以作为他们研究的肥沃模型系统。
参考文献：“植物中的挥发性通讯依赖于 KAI2 介导的信号通路”，
