使用薄荷醇类化合物激活植物免疫机制

某些化学物质可以激活植物的先天防御机制，东京科学大学的研究人员正在研究如何使用这些化学物质来替代有害的农业杀虫剂。这些研究人员发现，从薄荷醇中提取的一种化合物可以促进大豆、玉米、豌豆和其他作物中防御相关基因的表达。这一发现可能为绿色农业技术铺平道路，这种技术可以保护作物不受虫害的侵害，同时最大限度地减少对环境的破坏。

　　

 

   

图像:通过- val暴露减少昆虫引起的叶片损害

资料来源:东京理科大学

虽然植物在一般人看来可能相当不活跃，但对植物生物学的研究表明，植物可以互相发送有关当地环境威胁的信号。这些信号以空气中化学物质的形式出现，被称为挥发性有机化合物(VOCs)，从一种植物中释放出来，并被另一种植物检测到。植物生物学家发现，一类名为萜类的化学物质在空气中的危险信号中起着重要作用。

过去的研究表明，大豆和利马豆都释放萜类信号，激活邻近同种植物的防御相关基因，这种化学诱导的基因激活可以帮助植物保护自己免受食草性害虫的威胁。

近年来，科学家们意识到，这些化学信号能够增强植物的防御机制，从而使它们成为农业和园艺中有效的害虫控制工具。日本东京科学大学的Gen-ichiro Arimura教授就是这样一位科学家。Arimura教授指出:“到目前为止，农业技术的发展在很大程度上依赖于杀虫剂和化肥的使用，这导致了环境污染和生态系统的破坏。”作为农药的绿色替代品，萜类信号分子可以帮助农民继续生产重要的食品，同时降低相关的环境成本。

为了实现这一目标，Arimura教授和他的同事选择了研究萜类化合物薄荷醇，它从薄荷叶中提取，可以激活植物免疫系统。研究人员在最近发表在《植物分子生物学》(Plant Molecular Biology)杂志上的一篇文章中描述了这个项目的目的，即开发结构类似薄荷醇的化合物，但提高薄荷醇激活植物免疫系统的能力。因此，研究人员进行了化学修饰薄荷醇的实验，通过附加氨基酸，这是一组结构多样的化合物，活细胞用来构建蛋白质。研究人员总共合成了六种不同的带有氨基酸的薄荷醇衍生物。

研究人员随后测试了由此产生的薄荷醇衍生物，看看经过修饰的化合物是否能在激活植物防御机制方面胜过未经过修饰的薄荷醇。为了达到这个目的，他们用薄荷醇或这六种薄荷醇衍生物中的一种处理大豆叶子，看哪一种衍生物(如果有的话)能在24小时后提高两个与防御相关的大豆基因的表达水平上超过薄荷醇本身。研究发现，只有一种改性化合物优于薄荷醇，这种化合物被称为缬氨酸薄荷酯，或简称“- val”。

研究人员发现，在大豆叶片上喷洒一次- val溶液可以促进与防御相关的基因的表达，持续三天，第四天的第二次喷洒可以再次促进这些基因的表达。这些发现表明，- val可以为种植大豆的农民提供可持续的害虫控制。进一步的实验表明，在豌豆、烟草、生菜和玉米等其他作物中，- val也提高了防御相关基因的表达。在各种条件下，Ment-Val也被证明是相当稳定的，这表明农民在储存过程中可能不会因为降解而失去化合物。

总的来说，这些结果表明- val作为许多农民依赖的化学杀虫剂的替代品是非常有用的。Arimura教授指出，喷洒- val可能是一种“减少大豆和其他作物虫害”的有效方法。他已经为- val作为农作物保护剂申请了一项专利，他预测- val的商业化“将通过园艺和农业领域的公司使用产生数十亿日元的经济效益。”他还指出，val的抗炎特性可以使其用于人类药物。

对于像- val !这样的薄荷醇衍生物的研究，未来肯定是令人兴奋的!

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