植食性昆虫唾液调控昆虫-植物互作的研究进展

在与寄主植物长期共同进化的过程中,为了更好地适应和利用寄主,植食性昆虫进化出了多种取食方式。同时,为了应对植食性昆虫的取食,植物进化出了多种防御策略,包括直接防御和间接防御。在整个昆虫-植物互作过程中,昆虫唾液起着重要作用。一方面,昆虫唾液中一些组分可以被植物识别并诱导植物防御反应;另一方面,昆虫通过分泌唾液到植物中调控寄主防御反应。该文从昆虫-植物互作的角度出发介绍植食性昆虫唾液的成分与功能,着重对昆虫唾液激发子和效应子的研究进展进行了综述,并对未来唾液的研究及其在害虫防治中的应用进行展望。     

水稻和稻瘟病菌互作中的信号传导及防御反应基因诱导表达的研究

 水稻和稻瘟病菌互作是研究植物与病原菌互作的模式体系。本文利用3个水稻抗稻瘟病近等基因品系(CO39、C101LAC和C101A51)和2个特异性菌株(M209和M210)构成不同亲和程度的互作关系,研究了稻瘟病菌对3个水稻信号传导途径关键酶合成基因、5个防御反应病程相关蛋白基因和1个防御反应转录因子调控基因诱导表达的作用。结果表明:稻瘟病菌诱导了各种互作关系中水稻OsLOX、OsAOS和OsPAL酶合成基因的表达,水稻启动了茉莉酸和水杨酸防御反应信号传导途径。在不亲和的互作反应中,稻瘟病菌能不同程度地诱导水稻OsPR1a、OsPR2、OsPR3-1、OsPR3-2和OsPR4基因的表达,从而有效激活了防御反应系统,使水稻植株表现为抗病;而在亲和的互作反应中,多数OsPR基因的表达水平低、时间短或没有表达,水稻植株表现为感病。OsMyb基因在各种互作关系中有不同的诱导表达。说明这些防御相关基因的诱导表达可能与水稻抗稻瘟病性相关。     

虫害诱导植物信息化合物介导的植物间交流及机制

当遭受植食性昆虫取食时, 植物会释放复杂和多样的挥发性有机化合物。虫害诱导的挥发物在调控植物与不同营养层昆虫群落相互关系中发挥重要作用。同时, 邻近植物也能感知这种虫害诱导挥发物, 对可能即将到来的虫害威胁做出防御准备。获得防御准备的植物在受到虫害损伤时, 会立即启动相应的防御反应。为了应对植物的这种害虫防御策略, 某些昆虫可通过调控植物挥发物信号来传递“假信息”, 从而抑制相邻植物的防御反应。这种信息交流既可发生在同种植物之间, 也可发生在不同科属的植物之间。近年, 植物间的信息交流现象已得到广泛研究, 但相关的生化和分子机制及生态学意义尚不清楚。本文主要探讨了虫害诱导信息化合物介导的植物间交流类型、机制和生态学意义, 以及影响植物间交流的生物或非生物因子, 分析了利用植物间信息交流开展害虫绿色防控的前景。     

植物组成型防御对植食性昆虫的影响

植物在长期适应复杂生境的过程中,形成了多种自身固有的防御机制.对于植食性昆虫而言,植物固有的防御系统主要涉及植物的形态特性和次生代谢产物,其防御机制包括了组成防御机制和诱导防御机制.本文从植物的毛、蜡质、叶型、叶色等几个方面探讨了植物形态特性对昆虫的影响,以及挥发性次生代谢物和非挥发性次生代谢物对植食性昆虫的影响,阐释了植物组成型防御与植食性昆虫的关联性及其机理.最后,对植物组成型防御在生产上的应用前景进行了探讨.     

木霉菌诱导植物抗病性研究新进展

木霉菌是广泛应用于植物病害生物防治的微生物,具有多重植物病害生物防治机制,其中关于诱导抗性的研究取得明显进展。木霉菌能产生20余种微生物相关分子模式/损伤相关分子模式(MAMPs/DAMPs)分子,植物根系有相对应的大约30种受体或响应基因。木霉菌通过定殖植物根系使MAMPs/DAMPs与植物根系受体或响应基因互作,触发水杨酸、苿莉酸/乙烯等防御反应信号长距离传导至植物叶片,诱导植物叶片防御反应基因表达。将木霉菌诱导的植物转录组、蛋白质组、代谢组变化的信息相结合,能全面反映木霉菌?植物有益互作所激发的诱导抗病性的分子机理。     

植物挥发物在寄生蜂寄主定位中的作用

植物挥发物在寄生蜂的寄主栖息地定位中起着重要作用。在自然状态下,某些健康植物能释放对寄生蜂有吸引作用的挥发物。当植物受到植食性昆虫为害后,可引起植物的间接防御,即产生对一定种类寄生蜂具引诱作用的挥发物来保护自己。此外,害虫的产卵也能诱导部分植物产生引诱天敌的物质。对于植食性昆虫取食植物诱导的挥发物研究较深入,而其产卵对植物挥发物的影响研究较少。本文主要综述近年国内外有关植物挥发物对寄生蜂寄主定位影响的研究概况,可望为害虫综合治理研究提供参考。     

利用化学激发子防控作物害虫研究进展

诱导防御反应是植物抵御害虫为害的一种重要机制。在这一防御机制中,各种化学激发子,包括植食性昆虫相关分子模式、植物激素及其类似物、植物激发子多肽等发挥着重要作用。合理开发利用这些化学激发子,可望帮助植物建立一种天然的防御体系,从而降低害虫种群密度、减轻害虫为害,减少化学农药使用量。本文将主要对诱导植物抗虫性的化学激发子的最新研究成果进行概述,并展示利用化学激发子防控田间作物害虫的最新研究案例,提出亟待解决的问题,以促进化学激发子在作物害虫防控中的应用。     

组蛋白修饰调控植物水杨酸信号转导的研究进展

真核生物中组蛋白翻译后共价修饰直接影响染色质空间结构变化,调控相关基因表达,在植物胁迫应答过程中起重要作用。水杨酸(salicylic acid,SA)作为植物中关键信号分子,诱导多种病毒、真菌及细菌病害抗性。本文简要介绍了植物细胞对病原菌的感知、转导信号产生与防御系统激活机制,着重阐述了组蛋白甲基化、乙酰化、SUMO化修饰、组蛋白变体H2A.Z等如何参与调控水杨酸转导途径应答基因的转录表达。     

植物抗真菌病害基因工程研究进展

在寄主与病原互作的研究中,通过分子生物学与生物技术成功分离和克隆了大量植物防御相关基因,这些基因的表达产物——蛋白、肽或抗菌素直接对病菌有毒害作用或在侵入位点抑制病菌的生长;直接抑制病菌的毒性产物或增强植物结构抗性基因,直接或间接活化植物整体防御反应;增强过敏性坏死反应中与无毒基因互作的抗性基因。将这些基因引入植物,转基因植物显示出对病原真菌明显的抑制作用,在提高植物抗性方面具有广阔的发展前景。     

虫害诱导植物间接防御机制

自然界中的植食性昆虫本身都具有一定的隐蔽保护性,这为害虫防治带来了一定的难度。寄生性天敌（寄生蜂等）能够利用嗅觉感受来自寄主和植物的化学通讯来搜索、定位、发现和寄生目标害虫。本文着重综述了植物与害虫协同进化所形成的防御策略,以及害虫诱导的植物挥发信息物质在植物、昆虫及天敌三级营养关系中的生态功能,并对挥发物的诱导信号分子、基本特性、占主要成分的萜烯类化合物释放的分子调控机制、植物组织中时空表达特异性和多样性等代谢特征以及其应用前景都进行了详细阐述。     

植物防御中茉莉酸信号通路抑制与终止的作用机制

茉莉酸（jasmonate,JA）作为重要的植物激素,在平衡植物生长发育和响应外界胁迫中发挥着重要作用。植物响应外界胁迫主要是通过激活信号转导通路实现信号传递的级联放大信号进而实现防御响应。然而,植物防御是一个高能耗过程,防御的适时抑制与终止有利于植物的生长发育。针对植物茉莉酸信号通路的抑制与终止研究,总结参与防御相关茉莉酸信号通路抑制与终止的主要调控因子,阐述茉莉酸ZIM结构域蛋白（jasmonate ZIM-domain,JAZ）、髓细胞组织增生蛋白2（myelocytomatosis 2,MYC2）、JA相关类MYC2蛋白（JA-associated MYC2-like,JAM）和MYC2直接调控bHLH蛋白（MYC2-targeted BHLH,MTB）等对茉莉酸信号通路进行抑制与终止的作用机制,总结抑制茉莉酸信号通路的茉莉酸代谢途径,最后对茉莉酸信号通路抑制与终止机制的研究方向进行展望。     

蚜虫唾液主要成分及其在寄主和害虫互作中的作用

刺吸式害虫唾液里的某些成分通常是植物诱导反应中一些共有的或特异性诱导信号物质。本文综述了蚜虫取食、唾液的主要成分和取食诱发的植物防御信号传导途径,例如水杨酸途径、茉莉酸/乙烯途径,以及唾液诱导使植物防御因子上调效应的分子检测方法;同时还展望了蚜虫唾液研究的应用前景。     

活性氧参与调控植物生长发育和胁迫应激响应机理的研究进展

复杂多变的自然环境使植物进化出复杂而又巧妙的机制来感知外部信号,并对外部环境的变化做出适应性调整。在这种信号整合和决策过程中起关键作用的一类物质是活性氧(ROS)。细胞内、外产生的ROS与Ca~(2+)和电信号相互偶联组成的ROS波,向"友邻细胞"或远端细胞进行快速信号转导,进而伴随着多种信号组分共同完成应激响应表达。而ROS的产生与清除平衡关系决定了ROS在植物生长发育、器官发生和抗逆方面的作用。系统结并讨论了ROS的产生来源、信号传导机制、响应表达及ROS引起的细胞程序性死亡的最新研究进展。为深入了解ROS激活相关基因的表达,进而研究触发信号转导通路,使植物积极、高效地应对各种内在或外源的刺激信号,以调控植物的生长发育或适应胁迫环境,提供新的观点和见解。     

Selbst oder Nicht-Selbst �C die Rezeptoren des pflanzlichen Immunsystems

Plants recognize conserved molecular structures from microorganisms, which triggers active immune responses. Successful pathogens have to overcome this level of immunity; however, plants in turn can adapt their immune system, thus plants and pathogens are in an evolutionary arms race. As being sessile organisms, plants need to integrate and adapt to changing environmental conditions such as light, temperature, drought, or microorganisms. Plants protect themselves against diseases through sensitive recognition of potential pathogens and effective defense systems. The first level of the plant immune system provides recognition of a broad spectrum of microorganisms leading to defense activation (Bittel and Robatzek 2007). The second level of the plant immunity allows certain plant cultivars to detect of specific pathogen strains??a phenomenon also referred to as ??gene-for-gene resistance?? (Jones and Dangl 2006). The first level of immunity occurs rapidly and triggers active defenses normally without harm to the plant cell. The second level of plant immunity develops over days and deploys a local cell death, which prevents pathogens from further spread into tissues. In addition to these cell-autonomous defense systems, plants have also evolved strategies of systemic immunity.     

乙烯信号参与调控水稻纹枯病抗性的研究

 乙烯(ET)信号在植物抵抗各种逆境反应中具有重要作用,但目前关于乙烯信号在调控水稻纹枯病抗性中的作用仍缺乏系统研究。本研究以感纹枯病水稻品种Lemont和抗纹枯病水稻品种YSBR1为材料,分析了纹枯病菌接种后乙烯合成关键基因及信号传导途径中标志基因的表达水平,结果显示,纹枯病菌侵染可显著诱导相关基因的表达、激活乙烯信号。进一步采用乙烯合成抑制剂和信号激活剂处理水稻并进行接种鉴定,结果显示,两种化学剂分别可抑制或激活乙烯信号;无论是Lemont还是YSBR1,激活其乙烯信号均可显著增强抗病性,而抑制该信号均显著降低抗病性。对3个乙烯受体突变体(ethylene response2, etr2; ethylene response3, etr3; ethylene response sensor2, ers2)进行温室接种鉴定,发现突变体的病斑长度均极显著高于野生型对照。以上研究表明乙烯信号在水稻对纹枯病菌的防卫反应或基础抗性中具有十分重要的作用,结果将为进一步解析“水稻-纹枯病菌”间的互作机制、制定合适的病害综合防控策略提供理论基础。     

褐飞虱与白背飞虱为害诱导水稻防御反应的比较

为探究2种稻飞虱——褐飞虱Nilaparvata lugens(St?l)和白背飞虱Sogatella furcifera(Horváth)诱导的水稻防御反应差异,于室内测定了水稻在分别受褐飞虱或白背飞虱产卵雌成虫为害时,其茉莉酸、水杨酸、乙烯、H_2O_2以及挥发物含量的变化。结果表明,尽管褐飞虱和白背飞虱产卵雌成虫的为害均可以诱导水稻茉莉酸、水杨酸、乙烯和H_2O_2等防御相关信号分子以及一些水稻挥发物含量的增加,但是二者的诱导作用存在差异。水稻在受白背飞虱产卵雌成虫为害时,茉莉酸的含量在3 h时就显著升高,12 h时含量达到最高;而受褐飞虱产卵雌成虫为害时,6 h时茉莉酸含量才显著升高,72 h时含量达最高;并且在2种稻飞虱为害的3～48 h内,白背飞虱为害诱导的茉莉酸含量始终显著高于褐飞虱为害诱导的。水稻受白背飞虱产卵雌成虫为害24 h后诱导的水杨酸含量、为害48 h后诱导的乙烯含量、为害72 h后诱导的H_2O_2含量及为害24 h后诱导的挥发物释放量分别是褐飞虱产卵雌成虫为害诱导的1.28、1.45、4.10和1.77倍。表明水稻能识别褐飞虱和白背飞虱的为害,从而做出针对害虫种类特异性的防御反应;并且水稻对白背飞虱产卵雌成虫为害所做出的防御反应比对褐飞虱的更强烈。     

Signal Interactions in Induced Resistance to Pathogens and Insect Herbivores

Plants are often simultaneously challenged by pathogens and insects capable of triggering an array of responses that may be beneficial or detrimental to the plant. The efficacy of resistance mechanisms can be strongly influenced by the mix of signals generated by biotic stress as well as abiotic stress such as drought, nutrient limitation or high soil salinity. An understanding of their biochemical nature, and knowledge of the specificity and compatibility of the signaling systems that regulate the expression of inducible responses could optimize the utilization of these responses in crop protection. Signaling conflicts and synergies occur during a plant's response to pathogens and insect herbivores, and much of the research on defense signaling has focused on salicylate- and jasmonate-mediated responses. We will review our results using tomato (Lycopersicon esculentum) in greenhouse and field studies that illustrate a trade-off between salicylate- and jasmonate-mediated signaling, and discuss research on strategies to minimize the trade-off that can occur following the application of chemical elicitors of resistance. In addition, there is evidence of another signaling system that mediates endogenous levels of ceramide in the plant. This signal is associated with programmed cell death and protection of tomato against the fungal pathogen Alternaria alternata f. sp. lycopersici.     

Molecular mechanisms of chitin recognition and immune signaling by LysM-receptors

Plants have the ability to recognize microbe-associated molecular patterns (MAMPs) and initiate various defense responses. Chitin is a representative fungal MAMP that triggers defense signaling in a wide range of plant species. In rice, OsCEBiP and OsCERK1 form a receptor complex and play critical roles in chitin-triggered defense signaling. Recently, we found the formation of a unique sandwich-type dimer of OsCEBiP plays an important role for activation of chitin signaling. We now understand why N-acetyl groups and the longer chitin-oligosaccharides are required for receptor binding. We also found OsCERK1 is a bifunctional molecule acting in defense and also in AM symbiosis.