编辑推荐：
为解决植物生长与防御平衡的分子机制不明等问题，研究人员开展了关于植物生长与抗虫防御年龄相关平衡的研究。结果发现生长素 - 水杨酸（SA）相互作用调控该平衡，此研究为害虫防治策略提供理论依据。
在大自然中，植物就像坚守阵地的勇士，虽无法自由移动，却时刻面临着各种挑战。食草昆虫是植物生存路上的劲敌，它们对植物的攻击贯穿植物的整个生长历程。有趣的是，植物在年轻时似乎更容易受到这些 “敌人” 的侵害，随着年龄增长，却能逐渐建立起更强的防御能力，这便是植物生长与防御之间微妙的平衡。然而，长期以来，这种年龄相关抗性（ARR）和植物活力假说（PVH）背后的分子机制却如同神秘的面纱，让科学家们难以捉摸。为了揭开这层面纱，深入了解植物的奥秘，浙江大学的研究人员展开了一场意义非凡的探索之旅。
在植物与昆虫的这场持久战中，植物激素扮演着至关重要的角色。它们就像是植物体内的指挥官，协调着植物的生长、发育以及防御工作。生长素（Auxin）作为最早被发现的植物激素，不仅掌控着植物的生长进程，还参与调节植物对压力的反应。而水杨酸（SA）、茉莉酸（JA）等激素，在植物抵御昆虫侵害时发挥着关键作用，其中 SA 对于抵御韧皮部取食昆虫尤为重要。但不同发育阶段的植物是如何整合这些激素信号，来平衡生长与防御的呢？这成为了研究人员亟待解决的问题。
研究人员以本氏烟（Nicotiana benthamiana）为主要研究对象，同时对烟草、番茄等茄科植物进行了研究。本氏烟在植物分子生物学研究中可是个 “明星”，它不仅是重要的模式生物，还能作为生物工厂生产疫苗和药物。研究人员通过一系列实验，终于揭示了植物生长与抗虫防御之间的关键调控机制，相关成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上。
在研究过程中，研究人员运用了多种先进技术。病毒诱导基因沉默（VIGS）技术，就像是一把精准的 “基因剪刀”，能够特异性地抑制目标基因的表达，帮助研究人员探究基因的功能；酵母杂交技术，包括酵母单杂交（Y1H）和酵母双杂交（Y2H），则如同 “分子探测器”，可以筛选和验证转录因子与基因启动子之间的相互作用；还有实时荧光定量聚合酶链反应（RT-qPCR），能准确地检测基因的表达水平变化。通过这些技术，研究人员一步步深入了解植物体内复杂的调控网络。
研究人员首先进行了昆虫生物测定实验，对比不同年龄植物对韧皮部取食昆虫的防御水平。他们发现，无论是本氏烟、烟草还是番茄，成年植株对烟粉虱（Bemisia tabaci）、桃蚜（Myzus persicae）和西花蓟马（Frankliniella occidentalis）的防御能力都明显强于幼年植株。这一结果证实了茄科植物存在年龄相关抗性（ARR）现象。
接着，研究人员深入探究 ARR 的机制，发现 SA 在其中起着核心作用。随着植物年龄的增长，SA 水平显著上升，而 JA 水平并无明显变化。通过对转 NahG 基因本氏烟的研究发现，该基因编码的水杨酸羟化酶会消耗 SA 积累，导致植株无法积累足够的 SA，对烟粉虱的防御能力也随之下降。这表明，SA 是本氏烟对烟粉虱产生 ARR 的关键因素。
那么，SA 是如何在植物体内积累的呢？研究人员把目光投向了 SA 的合成途径。植物中 SA 的合成主要有苯丙氨酸解氨酶（PAL）途径和异分支酸合酶（ICS）途径。经研究发现，在本氏烟中，随着植物年龄的增长，ICS 途径相关基因的表达没有明显变化，而 PAL 途径中的 NbPAL6 基因转录水平显著增加。通过 VIGS 技术沉默 NbPAL6 基因，35 天龄的本氏烟植株 SA 积累减少，对烟粉虱的抗性降低；反之，过表达 NbPAL6 基因则能提高植株的防御能力。这充分说明，NbPAL6 基因在 SA 介导的 ARR 中发挥着重要作用。
进一步研究发现，NbMYB42 作为一种转录因子，能够直接结合到 NbPAL6 基因的启动子上，激活其表达。通过酵母单杂交、染色质免疫沉淀（ChIP）-qPCR 和电泳迁移率变动分析（EMSA）等实验，研究人员证实了这一调控关系。同时，他们还发现，NbMYB42 的表达受到两个生长素响应因子 NbARF18La 和 NbARF18Lb 的调控。这两个因子不仅能结合到 NbMYB42 的启动子上，激活其表达，还能相互作用以及自身相互作用，协同调节 NbMYB42 的表达，进而影响 SA 的积累和植物对烟粉虱的抗性。
在研究过程中，研究人员还注意到，幼年植物中 SA 介导的防御为何没有完全建立呢？经过深入探究，他们发现这与生长素有关。幼年植物中生长素水平较高，它会激活 NbmiR160c 的表达。NbmiR160c 就像一个 “基因沉默卫士”，能够特异性地靶向 NbARF18La 和 NbARF18Lb 的 mRNA，使其降解，从而抑制下游 NbMYB42 和 NbPAL6 基因的表达，减少 SA 的积累。而随着植物成熟，生长素水平下降，对 NbARF18La 和 NbARF18Lb 的抑制作用解除，SA 积累增加，植物的防御能力也随之增强。
此外，研究人员还发现，过量的 SA 虽然能增强幼年植物对烟粉虱的防御，但会拮抗生长素信号，抑制植物早期生长。这表明植物在生长过程中，需要精确平衡 SA 和生长素的水平，以确保正常的生长和发育。
综合来看，这项研究深入揭示了植物生长与抗虫防御的年龄依赖性平衡机制。生长素和水杨酸就像一个跷跷板的两端，在植物不同发育阶段发挥着不同的作用。幼年时，生长素占主导，促进植物生长，但抑制防御；成年后，水杨酸积累，增强植物的防御能力。这一发现不仅加深了我们对植物生长与防御平衡的理解，为 PVH 提供了理论支持，还为开发新型害虫防治策略提供了宝贵的理论依据。通过精准调控植物激素信号通路，有望在不影响植物生长的前提下，提高植物的抗虫能力，为农业生产带来新的思路和方法。
