《Journal of Experimental Botany》：Constitutive volatiles as ecological synchronizers: is there a role for constitutive plant volatiles to optimize growth and defence in plant communities?
编辑推荐：
本文评述了?bonde等人(2026)的研究：?bonde等人(2026)描述了大麦品种释放的组成型植物挥发性有机化合物(constitutive plant volatile organic compounds, cVOCs)对其他品种生长行为的影响。来自快
本文评述了?bonde等人(2026)的研究：?bonde等人(2026)描述了大麦品种释放的组成型植物挥发性有机化合物(constitutive plant volatile organic compounds, cVOCs)对其他品种生长行为的影响。来自快速生长品种的cVOCs促进慢速生长品种的生长，而来自慢速生长品种的cVOCs则降低快速生长品种的生长。此外，不同的cVOCs释放谱与品种特异性基因集相关联。虽然该研究仅限于同一物种内的不同品种，但这些发现意味着组成型挥发物被整合到受体植物的生理过程中并重新分配资源。尽管这一现象仅在来自同种个体的cVOCs中得到证实，但来自其他物种的cVOCs也可能有所贡献，从而优化生长/防御分配，以提供最佳的生存策略。
**组成型挥发物调控植物群落生长与防御平衡的研究解读**
在过去的三十年中，挥发性有机化合物(volatile organic compounds, VOCs)已被广泛认识为陆地生态系统中重要的化学信息载体。早期研究主要聚焦于植物-植食性昆虫互作中的诱导型VOCs(induced VOCs, iVOCs)，这些化合物在植物遭受机械损伤或被昆虫取食后释放，不仅可以吸引捕食性天敌，还能作为信号分子激活邻近植物的防御反应，使受体植物在面临潜在威胁时能够更快、更强地启动防御机制。这类诱导防御信号的化学组成通常以单萜、倍半萜和绿叶挥发物(green leaf volatiles, GLVs)为主，它们在生态系统中发挥着调节植物与昆虫、植物与植物之间相互作用的关键功能。此外，某些细菌VOCs如乙偶姻和2,3-丁二醇，也能促进植物生长或诱导系统抗性，进一步表明VOCs在跨生物界通讯中具有普遍的重要性。然而，对于植物在无损伤、无虫害、无病原侵染状态下持续释放的组成型VOCs(constitutive VOCs, cVOCs)，其生态功能长期被忽视，往往仅被当作诱导研究的背景对照。?bonde等人(2026)在《Journal of Experimental Botany》上发表的研究填补了这一空白，他们以大麦不同生长速率的品种为材料，系统探究了cVOCs是否能够调节同种内不同品种间的生长平衡，从而为理解植物群落中生长与防御的优化策略提供了新的视角。
研究采用了两个生长特性不同的大麦品种：慢速生长的品种“Fairytale”和快速生长的品种“Salome”。研究的关键技术方法包括：将受体植物暴露于来自另一品种的cVOCs环境中，通过测定生长参数评估cVOCs对受体植物生长的影响；同时，利用转录组分析技术比较不同cVOCs处理下受体植物全基因组表达模式的变化，以鉴定cVOCs信号引发的分子事件。样本来源为这两个大麦栽培品种。
研究结果主要分为四个方面。第一，cVOCs调节品种间的生长行为。实验数据显示，当快速生长的Salome植株暴露于慢速生长的Fairytale植株释放的cVOCs后，Salome的生长受到显著抑制；反之，将Fairytale暴露于Salome的cVOCs则能促进其生长。该结果通过直接的生长测量获得，表明cVOCs具有品种间特异性的生长调节活性，且不同来源的cVOCs可产生截然相反的生物学效应。第二，cVOCs诱导特异性的转录组响应。转录组分析显示，两种cVOCs处理在受体植物中引发的基因表达变化具有明显差异。Fairytale的cVOCs处理Salome后，上调的基因主要富集于RNA稳态和代谢相关功能类别；而Salome的cVOCs处理Fairytale后，尽管诱导的转录积累水平相对较低，但涉及的基因类别与蛋白质稳态和胁迫响应有关。这些结果表明，不同品种释放的cVOCs携带了独特的化学信息，能够激活受体植物中品种特异的基因调控网络。第三，cVOCs的化学组成与诱导型VOCs存在显著差异。研究人员比较发现，大麦释放的具有生长调节活性的cVOCs，其化学成分大多不同于虫害或病原诱导产生的VOCs。例如，部分组成型挥发物可能来源于脂肪酸代谢，但丙二烯氧化物合酶(allene oxide synthase, AOS)和氢过氧化物裂解酶(hydroperoxide lyase, HPL)途径并未参与；脂氧合酶(lipoxygenase, LOX)途径也不像是主要来源。此外，cVOCs中包含十四烷、十二烷等线性烷烃，这些化合物可能来源于植物角质层，而在诱导型VOCs中很少出现。这种化学组成的本质差异，可能是导致cVOCs与iVOCs在生物功能上表现出不同活性的关键原因。第四，cVOCs可能参与防御启动但仍有待证实。在组合处理中检测到一些编码转录因子的基因，这些基因的调控模式暗示cVOCs可能在不主动激活防御的情况下，通过代谢重编程或信号通路增强来使受体植物为应对未来生物胁迫做好准备，即启动(priming)效应。然而，由于目前尚未对cVOCs中单个化合物进行活性测试，这种防御启动假说仍属于推测。已有的初步证据显示cVOCs对蚜虫具有一定的保护作用，但对其昆虫食草动物的影响尚未明确。
讨论部分指出，cVOCs介导的生长调节效应可能不是通过直接激活生长或防御激素途径实现的，而是通过参与常规代谢途径或特异性的VOC信号通路来间接发挥作用。这种调节方式可能使植物通过“窃听”邻近个体释放的化学信号而感知其生长状况，从而调整自身的生长策略，使群体内植株的生长趋于均匀，进而降低个体间竞争。在密集的禾本科(Poaceae)植物群落中，
