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草食动物如何劫持其寄主植物的养分吸收策略

2019-03-29 09:24:50 • 来源：

玉米植物将次级代谢产物释放到与铁结合的土壤中，从而促进其被植物吸收。西方玉米根虫(Diabrotica virgifera)是世界上经济上最重要的玉米害虫，被这些复合物吸引，从玉米植物中提取结合铁并将其用于自身营养。凭借这些见解，研究人员为西方玉米根虫作为全球玉米害虫取得的巨大成功提供了新的解释。该研究发表在“科学”杂志上。

草食动物如何劫持其寄主植物的养分吸收策略

西部玉米根虫导致玉米产量每年损失超过20亿美元，因此是农业中经济上最重要的害虫之一。这种昆虫起源于美国，但近年来它在欧洲的出现有所增加。它对许多常规害虫控制策略具有抗性，并且玉米植物的天然防御机制对这种特定的敌人几乎没有提供保护。

来自伯尔尼大学的Christelle Robert和Matthias Erb过去表明，玉米根虫对最重要的一类玉米防御代谢产物苯并恶嗪类具有抗性。罗伯特证明了根虫幼虫甚至被苯并恶嗪类吸引，可以利用这些物质来防御有益的线虫。然而，到目前为止，尚不清楚哪种苯并恶嗪类吸引了根虫。遗传学，化学和行为生态学的结合使科学家们现在能够解决这个问题：当苄沙星类似物与铁结合时，根虫幼虫会识别在根表面形成的特定铁络合物。

铁摄取：玉米植物的致命弱点

年轻玉米植物的根部释放苯并恶嗪类，其与铁结合并在土壤中形成复合物。研究人员发现，这些复合物可提高玉米植株的铁利用率，从而改善植物生长。但是根虫使用这些完全相同的铁复合物 - 根虫幼虫使用苯并恶嗪 - 铁复合物来引导它们到玉米植物的营养丰富的冠根。同时，他们根据自己的需要摄取这些复合物。

“玉米根虫已经发展出一种聪明的策略，可以利用其宿主植物生产生物铁的能力。可悲的是，这种策略使昆虫严重损害玉米植株，从而导致大量作物失败，”Christelle Robert说。“这种行为也给植物育种者带来了两难境地。为了摆脱根虫，它们必须减少根中苯并恶嗪类的释放。然而，这也会破坏植物吸收铁的能力。但是，现在我们了解根虫如何在土壤中定位，我们可以开始寻找减少根虫损害的方法。“这位科学家解释说，她一直在考虑使用铁络合物作为引诱剂从玉米根部转移根虫的可能性。

该研究的结果突出了植物在食草动物突破并发展对防御的耐受性时面临的两难困境。“由于苯并恶嗪类在食草动物防御和养分吸收方面都起作用，植物很难立即停止生产具有许多其他重要功能的防御化合物。挑战将是种植能够更好地保护自己的玉米植物。世界上最具破坏性的玉米害虫，不会损害其铁营养，“马克斯普朗克化学生态研究所的Jonathan Gershenzon说。他与TobiasKöllner及其在耶拿的团队一起为玉米育种做出了贡献在苯并恶嗪类生物合成的不同步骤中敲除的细胞系。这些品系对于鉴定苯并恶嗪类是必需的，所述苯并恶嗪类在与铁结合后形成根虫识别并用作植物选择线索的化合物。

西方玉米根虫能够感知铁复合物并相应地调整其饮食行为这一事实也与理解食物链有关。“许多重要的微量元素与自然界中的有机分子结合在一起。因此，我们期望其他高等生物也能够感知生物可利用的微量元素，并摄取它们以改善其营养平衡，”Matthias Erb说。“西方玉米根虫是一种令人沮丧但又非常迷人的害虫，它刚刚教会了我们一种新的自然伎俩。”

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