《昆明植物所在植物化学防御的生态功能和分子机理方面取得新进展》

  • 来源专题:生物育种
  • 编译者: 季雪婧
  • 发布时间:2023-11-24
  •  中国科学院昆明植物研究所极小种群野生植物综合保护团队的动植物受威胁生态关系专题组在开展野外工作时,发现贯叶马兜铃(Aristolochia delavayi)这一金沙江干热河谷特有受威胁植物的特殊防御特征。研究团队观察到,受干扰的贯叶马兜铃叶片释放出一种类似于臭虫防御物质的气味,吸引了大量盗食寄生的叶蝇(Milichiella arcuata)。盗食寄生蝇是一类以偷窃其他慢食性节肢动物的猎物为生的蝇类。这项研究中,叶蝇将臭虫受到威胁时释放的防御性气味作为取食信号。鉴于金沙江干热河谷草本植物可能面临来自大型草食动物的较大取食压力,而臭虫具备较好的防御能力,研究团队推测贯叶马兜铃可能通过模拟臭虫的防御性气味来实现自我保护。为验证这一假设,研究团队与云南大学、东北林业大学和英国杜伦大学合作开展了一系列野外实验、化学分析、行为实验和电生理实验。研究结果表明,贯叶马兜铃叶片释放的气味在化学组成和生态功能上与臭虫普遍产生的防御性挥发物相似。此外,这些(E)-2-烯醛类化合物能够激活多种草食动物的TRPA1受体,从而有效地抵御草食动物的取食行为。

      近日,该研究成果以Aristolochia mimics stink bugs to repel vertebrate herbivores via TRPA1 activation为题,在New Phytologist在线发表。该研究为植物通过拟态昆虫信号防御草食动物的动植物多重互作生态过程提供了新的研究视角,扩展了植物气味拟态研究领域的内涵和外延。云南大学与中国科学院昆明植物研究所联合培养的博士研究生于玉龙、昆明植物所葛佳博士、东北林业大学博士研究生董文琪为论文的共同第一作者,昆明植物所陈高研究员和云南大学耿宇鹏教授为论文共同通讯作者,东北林业大学杨仕隆教授和英国杜伦大学Chomicki Guillaume教授也参与了该研究。研究得到了国家自然科学基金NSFC-云南省联合基金重点项目(U1602264)、云南省科技厅科技计划基础研究专项-重点项目(202301AS070001)和云南省“兴滇英才支持计划”(YNWR- QNBJ-2018-017)的支持。

  • 原文来源:https://www.ebiotrade.com/newsf/2023-11/20231124064352061.htm
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  • 《昆明植物所在植物激素茉莉酸和乙烯调控植保素的分子机制研究中取得新进展》

    • 来源专题:生物育种
    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2023-11-10
    •     东莨菪素(scopoletin)和其糖基化的东莨菪苷(scopolin)是植物生物合成的重要香豆素类化合物。已有的研究表明它们在镇痛、抗炎、降血压、抗肿瘤、防治高尿酸血症等方面具有明显的药理活性。最近的研究还显示,它可以改善多巴胺能神经元的存活状况,从而促进帕金森病人运动能力的恢复;它还是一种天然有效的乙酰胆碱酯酶抑制剂,可以促进乙酰胆碱的释放,提高老年性痴呆症患者的学习和记忆能力。有意思的是,中国科学院昆明植物研究所资源植物与生物技术重点实验室近来的工作证明它们其实是烟草属植物抵御链格孢菌的重要植保素(Sun et al., 2014 Journal of Experimental Botany)。   链格孢菌(Alternaria alternata)是一种营腐生生活的病原真菌,它的不同病理小种可以侵染马铃薯、苹果、烟草、玉米、梨等很多的农作物,造成极大的经济损失。其中,链格孢菌感染导致的赤星病是烟草属植物最主要的真菌性病害。中国科学院昆明植物研究所植物次生代谢分子调控专题研究组在前期发现:scopoletin和scopolin是植物抵御病原菌的重要植保素,而且茉莉酸和乙烯这两种植物激素是它们生物合成所必须的信号(Sun et al., 2014 Journal of Experimental Botany; Sun et al., 2017 Plant Pathology)。但是,目前这两个激素信号是如何一起调控它们生物合成的分子机制仍然不清楚。该研究组通过多年的努力,首次发现了茉莉酸和乙烯信号通过协同的方式调控了scopoletin和scopolin生物合成的现象,并发现了介导这种协同调控机制的关键转录因子NaWRKY70。     载RNA修饰专题:RNA修饰隐藏的神秘调控>>领 取  研究发现,在茉莉酸甲酯(MeJA)和乙烯利(ethephon)共同作用下,这两种植保素的积累水平及其关键酶基因feruloyl-CoA 6’-hydroxylase 1(NaF6’H1)的转录水平会急剧高水平的被诱导,而单独MeJA或者ethephon处理一点也不能诱导它们的积累,表明茉莉酸和乙烯通过协同方式调控scopoletin和scopolin的合成。进一步通过转录组测序和病毒介导的基因沉默技术(VIGS)筛选到一个WRKY类的转录因子NaWRKY70,其表达模式与NaF6’H1相似,受链格孢菌诱导,以及茉莉酸和乙烯的协同诱导。通过对NaWRKY70基因沉默、基因编辑和过表达的稳定转化植株的分析,进一步证明NaWRKY70是茉莉酸和乙烯信号协同调控scopoletin和scopolin合成的关键因子。凝胶阻滞实验(EMSA)、染色质免疫共沉淀(ChIP-qPCR)和启动子激活实验(Dual-LUC)表明,NaWRKY70通过直接与NaF6’H1启动子区的W-box结构域结合并激活其表达进而调控scopoletin和scopolin的合成。此外,乙烯信号途径的关键调控因子NaEIN3-like1能够直接与NaWRKY70启动子结合并激活其表达。同时,JA信号途径重要因子NaMYC2s也间接调控NaWRKY70和NaF6’H1的表达,从而控制scopoletin和scopolin的合成。   该文章发现并提供了两种不同的植物激素通过协同的方式调控了植物“化学的防御”的典型案例,揭示了NaWRKY70整合茉莉酸和乙烯信号调控scopoletin和scopolin的分子机制。研究结果丰富了植物激素协同调控植保素的理论认识,有助于我们更深入了解植物抵抗链格孢菌的分子机制,而且为scopoletin和scopolin的“工业提取”提供了思路。   以上研究成果以Synergistic induction of phytoalexins in Nicotiana attenuata by JA and ethylene signaling mediated by NaWRKY70为题于10月23日在植物学著名期刊Journal of Experimental Botany上在线发表,中国科学院昆明植物研究所宋娜博士后为该文章第一作者,吴劲松研究员为通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金(32370311)和云南省海外高层次人才计划的资助。
  • 《昆明植物所在天麻植物化学研究方面取得进展》

    • 来源专题:生物育种
    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2024-06-18
    •      兰科(Orchidaceae)天麻属(Gastrodia)天麻(G. elata?Blume)块茎是常用中药天麻(GASTRODIAE RHIZOMA)的应用部位,功能息风止痉,平抑肝阳,祛风通络。中国科学院昆明植物研究所周俊等对天麻药用部位开展了植物化学研究,阐明天麻主成分天麻素和巴利森苷等,为天麻种植、加工以及药学研究开发奠定了科学依据。进一步的,完成了天麻素全合成工艺并形成天麻素产品销售至今。     天麻首次记载出现在《神农本草经》,列为上品,名“赤箭”。《本草纲目》称其主“杀鬼精物,蛊毒恶气”,所以有“鬼督邮”之名。李时珍释曰:“鬼督邮以功为名”。“督邮”,原为汉置官名,为郡守佐吏,专掌督察纠举所领县的违法之事。李时珍称“鬼督邮专主鬼病,犹司鬼之督邮也”。为了进一步挖掘天麻中的活性成分,借鉴天麻的传统应用历史以及对应药用部位,研究人员对天麻的花秆进行了细致的研究,发现新颖6,6,5熔合的三环骨架gastrodinol(一个萘环和一个重排重构的C环部分),具有较好抗菌活性(RSC Advances, 2020, 10, 14644.),为解决化合物来源随之对该化合物进行了全合成工作(Organic Letters,2020, 22, 17, 6822–6826)。     近期,在中国科学院科技扶贫项目(KFJ-FP-201905)支持下,对采自云南昭通的天麻花杆进行进一步植物化学研究并取得了新的进展,从天麻花枝中分离出系列赤箭素类(gastrodinols)化合物,丰富了该类化合物的构成。同时,非常罕见地从兰科植物分离得到系列异戊烯基化桑黄素,桑呋喃,以及天麻二胺类化合物,极大丰富了天麻的化学物质组成。相关进展发表在Nat. Prod. Bioprospect.?14, 22 (2024).