研究发现辣根跳甲通过特殊的“运输器”来调节植物毒素的积累

2021年05月12日 10:35 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,研究人员近日阐明了辣根跳甲这种昆虫如何通过特殊的“运输器”来调节植物毒素的积累。当辣根跳甲在它们的宿主植物上进食时,它们不仅吸收了营养物质,而且还吸收了芥子油苷,这是辣根和其他黄铜植物的特有防御化合物。

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利用这些芥子油苷,跳甲将自己变成了一个“芥子油炸弹”,从而阻止了捕食者。来自德国马克斯-普朗克化学生态研究所的一个研究小组现在已经能够证明跳甲如何调节芥子油苷在其体内的积累。跳甲的排泄系统中有特殊的“运输器”,可以防止芥子油苷的排泄。这种机制使辣根跳甲能够在其体内积累大量的植物毒素,用于自身的防御。该研究于5月11日发表在《自然通讯》杂志上。

许多动物使用化学防御化合物来阻止捕食者。这些防御化合物要么由动物本身或动物的共生体产生,要么从饮食中获得。从食物中获取防御化合物的能力在以有毒植物为食的昆虫中特别普遍。一个例子是辣根跳甲(Phyllotreta armoraciae),它可以在其体内封存芥子油苷,也被称为葡糖醇。

“辣根跳甲属于经济上重要的昆虫群,因为几个Phyllotreta物种是作物害虫。这种跳甲可以积累大量的宿主植物葡糖醇,它至少部分地通过排泄物来调节体内葡糖醇的水平和组成。这表明Phyllotreta armoraciae拥有非常有效的运输和储存机制,我们想揭示这一点,”第一作者杨志玲解释了这项新研究的目标。

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尽管人们早就知道辣根跳甲和相关物种可以积累葡萄糖苷酸,但跳甲如何在体内吸收和储存大量的这些物质还不得而知。因此,研究小组的目标是在这种昆虫中确定葡萄糖酸酯的运输器。“寻找这些转运体简直就像在干草堆里找一根针,”Beran回忆说,“我们在这种甲虫的肠道和排泄系统中发现了1401种推定的膜转运体。将我们的搜索范围缩小到对辣根跳甲特有的转运体,帮助我们确定了一组葡萄糖醛酸特有的转运体。”

这些葡萄糖酸酯转运体位于排泄系统中,即所谓的马尔皮基氏小管。昆虫的马尔皮基氏小管的功能与脊椎动物的肾脏功能相似。科学家们通过使用RNA干扰来确定所确定的转运器的功能,这种方法是减少感兴趣的基因的表达,以确定其在生物体内的功能:“我们沉默了定位在马尔皮基氏小管中的几个转运器基因的表达,发现这些跳甲比基因表达正常的对照组甲虫排出更多的葡糖醇。由于较高的排泄率,跳甲体内的防御化合物水平下降了。”杨志玲总结说:"我们的研究首次确定了马尔皮基氏小管中使昆虫能够积累植物防御化合物的运输器。

通过他们的研究,研究人员表明,封存是一个复杂的过程,远不止是将植物的代谢物吸收到动物的体内。封存的昆虫必须调整它的整个生理结构,以利用植物防御化合物进行自身的防御。这些适应性是由其环境中的挑战驱动的:捕食者、寄生虫和病原体。“封存可能是食草昆虫进化出的最复杂的适应性之一。”Beran说:“它最肯定的是也有助于专攻某些宿主植物的昆虫的进化成功,例如辣根跳甲。”

Beran的团队现在想确定参与封存的其他“运输工具”。科学家们还想知道葡萄糖苷酸为辣根跳甲的哪些天敌提供保护。对辣根跳甲如何封存毒素以及对其与环境中其他生物的生态互动的影响的进一步了解,将提高对这种害虫的认识,并可能最终导致更好的控制策略。

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