▲科學家Simon Gilroy
▲隨著毛毛蟲對葉子的侵蝕，一波又一波的鈣離子穿過植物，激起熒光反應，觸發遠處樹葉的防禦機制。
在一個視頻中，你可以看到一隻飢餓的毛毛蟲在葉子邊緣覓食，不斷靠近葉子基部，然後一口把葉子咬斷。幾秒鐘內，熒光信號迅速通過其它葉子，通知它們做好來自毛毛蟲及其同類攻擊的防禦準備。
上圖所示的熒光信號追蹤的是鈣離子，鈣離子穿過植物組織，通過釋放電信號及化學信號傳遞危險信息。美國威斯康星大學麥迪遜分校植物學教授Simon Gilroy及其實驗室揭示了穀氨酸鹽如何在植物受傷時激活鈣信號波。他們利用熒光示蹤系統，首次以視頻的方式揭示了隱藏在植物內部的信號傳導系統。
該研究於9月14日發表在《科學》雜誌上。Gilroy實驗室的博士後Masatsugu Toyota在日本埼玉大學領導了這項工研究，合作者包括來自日本科學技術署、密歇根州立大學和密蘇里大學的研究人員。
“我們知道植物體內有一個系統性的信號系統，當某個部位受傷後，其餘部位就會激活其防禦反應，但我們並不知道背後的詳細機制。”Gilroy說。他補充道，樹葉受損後會產生電荷，並傳遍整株植物，但是什麼觸發了電信號以及電信號如何傳遞到整株植物依然未知。
鈣離子可能在其中扮演了重要角色。鈣離子在細胞中大量存在，通常作為環境改變的信號。它能產生電信號，但其濃度改變十分迅速，往往轉瞬即逝，研究人員需要一個實時觀測鈣離子的方法。
Toyota培育了一種能夠在激發光照射下，顯示出鈣存在的植物。該植物產生一種只在鈣離子附近聚集的熒光蛋白，讓研究人員能夠追蹤鈣的存在和濃度。研究人員利用毛毛蟲對植物葉片造成損傷，進而研究植物損傷應答過程中的信號傳導過程。
毛毛蟲咬斷葉片後，鈣離子從損傷部位擴散到其他葉子時，植物熒光信號增強。信號足以在幾分鐘內擴散到其他葉子，防禦相關的激素水平在遠處葉子處飆升。這些防禦激素幫助植物應對潛在威脅，例如提高有毒化學物質的水平來避開捕食者。
迅速飆升的鈣離子從何而來呢？Toyota和Gilroy進行了更深入的研究。穀氨酸鹽受體缺陷的植株缺失電信號，研究們在這些缺失電信號的突變體植物中發現其鈣離子信號傳導也完全失去了，突變植株幾乎不能將位於邊緣的鈣熒光信號傳遞開。這些結果表明穀氨酸鹽從損傷部位釋放出，觸發鈣離子水平飆升，並迅速在整個植物中擴散開來。
這項研究將數十年來的研究成果聯繫了起來，並以視頻的方式直觀地展示了植物體內響應損傷的信號傳導過程。植物受傷後，在不依賴神經系統的情況下，穀氨酸鹽上調鈣離子，進而上調防禦相關激素，改變植株生長和生物化學。
編譯：穀氨酸
審稿：德克斯特
來源：http://h5.scimall.net.cn/register?from=wechat
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