拟南芥叶片在食草昆虫取食下的物种特异性代谢响应及其防御功能解析

《Nature Communications》：Plants recognize identity and intensity of herbivores to adaptively reconfigure metabolism

　　

摘要

植物特有代谢物在抵御食草昆虫方面发挥着核心作用。然而，植物化学多样性如何在不同食草情境下贡献于防御，目前仍未得到充分理解。在本研究中，我们分析了拟南芥（Arabidopsis thaliana）在四种食草昆虫物种、三种取食强度下的叶片代谢组，以确定食草者特异性的代谢响应。我们发现，代谢模式不仅因物种而异且随取食强度而变化，而且这些差异超过了基于取食类群或寄主范围所能预期的程度，无论是在不同代谢通路之间，还是在芥子油苷生物合成通路内部均如此。突变体分析进一步揭示，代谢特异性来源于植物激素信号通路与膜相关受体复合体的不同贡献。通过对520对匹配的代谢组—生物测定数据进行分析，我们鉴定出一批推测具有食草抗性、且优先由相应食草昆虫物种诱导的代谢物；在膜核心受体突变体中，这些响应被削弱。综上所述，我们的结果揭示了植物防御中代谢多样性和特异性的多个维度，并以前所未有的覆盖范围和分辨率展示了其功能性后果。