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昆虫与植物间跨界交流的秘密被破解

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在自然界中，大多数植物通过光合作用自养生存，有一类植物需要完全或部分依赖其他植物来获取营养和水分。这种植物被称为寄生植物，菟丝子就是其中的典型代表。一。

目前，菟丝子与其宿主之间的物质和信号传输研究取得了一些进展。然而，在这个由菟丝子及其宿主组成的生态系统中，当昆虫以菟丝子为食时，昆虫、菟丝子和寄主植物之间会发生什么样的联系？

近日，中国科学家在英文期刊《Plant Diversity》上发表题为《桃蚜、菟丝虫和黄瓜寄主植物种间跨界传播与转移》的文章，刷新了人们的认知。

转运mRNA或作为长距离转运信号发挥生物学功能

mRNA是“信使核糖核酸”，是一大类核糖核酸分子，将遗传信息从脱氧核糖核酸它被输送到核糖体，作为蛋白质合成的模板，并决定基因表达的蛋白质产物肽链的氨基酸序列。

目前已发现寄生植物约4500种，约占花卉植物的1%。寄生植物通过特殊的器官吸气器与宿主建立维管束连接，以获得无机盐、水和养分。此外，宿主体内的次级代谢产物、mRNA、蛋白质，甚至病毒和类病毒，也可以被输送到寄生植物中。

菟丝子是旋花科菟丝子属的一年生或多年生专性茎寄生植物。发芽后必须寄生在宿主身上才能存活。菟丝子通过抽吸装置与宿主的血管组织相连，形成物质连通通道。现有的转录组学研究表明，菟丝子与其宿主之间存在数以千计的 mRNA 交换，没有任何生物或非生物胁迫，转运的 mRNA 可能作为长距离运输信号执行生物学功能。

桃蚜是一种普遍存在的蚜虫。据相关文献记载，其寄主植物多达74科285种。它的生命周期短，繁殖率大。可分泌蜜露，造成煤炭污染，影响植物正常生长；更重要的是，它能传播多种植物病毒，如黄瓜花叶病毒、马铃薯Y病毒和烟草蚀纹病毒等，是果蔬栽培中的主要害虫。

“桃蚜对农业生产构成重大威胁，也是少数能以菟丝子为食的刺吸性昆虫之一，与菟丝子的寄主相比，桃蚜更喜欢以菟丝子为食. 菖蒲。中科院昆明植物研究所吴建强研究员表示，此前的研究表明，桃蚜在取食过程中，不仅通过口器取食寄主植物韧皮部的汁液，还运输各种蛋白质、mRNA 和大分子，如病毒。

目前关于菟丝子与宿主之间物质和信号的传递，尤其是mRNA的传递，研究较多。在桃蚜、菟丝子和寄主组成的三营养互作系统中，桃蚜、菟丝子和寄主之间mRNA信息交换的研究尚未见报道。

昆虫、寄生植物和寄主植物的mRNA跨界通讯

吴建强课题组建立基于桃蚜利用的菟丝子与寄主黄瓜??寄生系统以菟丝子为食，从而对菟丝子进行生物胁迫，重点是在桃蚜、菟丝子和黄瓜叶根之间的mRNA转移。

“研究表明，桃子的饲养大大增强了菟丝子和黄瓜之间的mRNA双向转移。同时，大量的mRNA在菟丝子和桃子之间转运。”吴建强说，有趣的是，少量的mRNA从黄瓜转运到桃蚜，再从桃蚜通过菟丝子转运到黄瓜叶片和根部，说明菟丝子可能在一定程度上介导了寄主与蚜虫的相互作用。这是首次发现昆虫、寄生植物和寄主植物之间的跨界双向mRNA信息交换。

他们还分析了转运的mRNA的特征。结果表明，长度更长、表达量更高的mRNA更容易被转运。转运的mRNA在受体物种总mRNA中所占比例相对较低，平均为0.04%-1.3%。

菟丝子在桃蚜摄食胁迫后，黄瓜叶片激素变化趋势与黄瓜叶片一致。茉莉酸含量增加，水杨酸含量减少；而黄瓜根部茉莉酸含量降低，水杨酸含量降低。酸含量增加，意味着抗虫信号从菟丝子传递到黄瓜叶和根，导致菟丝子、黄瓜叶和根对桃蚜取食的抗虫反应。

此外，桃蚜摄食胁迫在菟丝子中诱导的差异表达基因较少，而黄瓜叶和根的差异表达基因相对较多，表明寄主在转录水平对菟丝子信号的反应更强。菟丝子对桃蚜的信号反应较强。

“基于以上研究结论，我们提出了昆虫、寄生植物和寄主植物之间跨界双向mRNA交流的观点，工作关系具有重要意义。”吴建强表示，这项研究阐明了三者之间复杂而动态的相互作用，将进一步揭示植物与昆虫相互作用的奥秘，为生物防治提供新的方法和理论基础。（本报记者赵汉斌）

来源：科技日报

文章来源：《昆虫学报》网址: http://www.kcxbzz.cn/zonghexinwen/2021/0818/924.html