美国科学家破解植物受伤后传递危险信号的机制学术资讯

▲科学家Simon Gilroy

▲随着毛毛虫对叶子的侵蚀，一波又一波的钙离子穿过植物，激起荧光反应，触发远处树叶的防御机制。

在一个视频中，你可以看到一只饥饿的毛毛虫在叶子边缘觅食，不断靠近叶子基部，然后一口把叶子咬断。几秒钟内，荧光信号迅速通过其它叶子，通知它们做好来自毛毛虫及其同类攻击的防御准备。

上图所示的荧光信号追踪的是钙离子，钙离子穿过植物组织，通过释放电信号及化学信号传递危险信息。美国威斯康星大学麦迪逊分校植物学教授Simon Gilroy及其实验室揭示了谷氨酸盐如何在植物受伤时激活钙信号波。他们利用荧光示踪系统，首次以视频的方式揭示了隐藏在植物内部的信号传导系统。

该研究于9月14日发表在《科学》杂志上。Gilroy实验室的博士后Masatsugu Toyota在日本埼玉大学领导了这项工研究，合作者包括来自日本科学技术署、密歇根州立大学和密苏里大学的研究人员。

“我们知道植物体内有一个系统性的信号系统，当某个部位受伤后，其余部位就会激活其防御反应，但我们并不知道背后的详细机制。”Gilroy说。他补充道，树叶受损后会产生电荷，并传遍整株植物，但是什么触发了电信号以及电信号如何传递到整株植物依然未知。

钙离子可能在其中扮演了重要角色。钙离子在细胞中大量存在，通常作为环境改变的信号。它能产生电信号，但其浓度改变十分迅速，往往转瞬即逝，研究人员需要一个实时观测钙离子的方法。

Toyota培育了一种能够在激发光照射下，显示出钙存在的植物。该植物产生一种只在钙离子附近聚集的荧光蛋白，让研究人员能够追踪钙的存在和浓度。研究人员利用毛毛虫对植物叶片造成损伤，进而研究植物损伤应答过程中的信号传导过程。

毛毛虫咬断叶片后，钙离子从损伤部位扩散到其他叶子时，植物荧光信号增强。信号足以在几分钟内扩散到其他叶子，防御相关的激素水平在远处叶子处飙升。这些防御激素帮助植物应对潜在威胁，例如提高有毒化学物质的水平来避开捕食者。

迅速飙升的钙离子从何而来呢？Toyota和Gilroy进行了更深入的研究。谷氨酸盐受体缺陷的植株缺失电信号，研究们在这些缺失电信号的突变体植物中发现其钙离子信号传导也完全失去了，突变植株几乎不能将位于边缘的钙荧光信号传递开。这些结果表明谷氨酸盐从损伤部位释放出，触发钙离子水平飙升，并迅速在整个植物中扩散开来。