PNAS | 加州大学圣地亚哥分校研究揭示豆类植物如何御敌！

对于毛虫来说，绿叶可以成为一顿美餐。但是对于植物本身，这是一种攻击。饥肠辘辘的毛虫在吃东西的过程中会造成很大的伤害。植物可以进行反击，释放出一系列的化学防御措施，以阻止任性的觅食者：从释放吸引毛虫捕食者的化学物质到分泌使植物味道变得恶臭的化合物，以至于绝望的毛虫采取同类相食。但是科学家对植物如何发现这些攻击和防御机制知之甚少。

2020年12月，发表于国际权威学术期刊PNAS上的一篇题为A receptor-like protein mediates plant immune responses to herbivore-associated molecular patterns的研究论文中，由美国华盛顿大学Adam D. Steinbrenner和加利福尼亚大学圣地亚哥分校Eric A. Schmelz领导的研究小组报道，豇豆（一种豆类植物）在其细胞表面藏有受体，可以检测到毛虫唾液中的化合物并启动抗食草动物的防御措施。

尽管采取了化学控制措施，但在全球范围内因病虫害而遭受的农作物产量损失通常为20％至30％。然而，许多品种对特定病虫害具有天然抗性或免疫性。本研究的发现是第一个确定了一种免疫识别机制，该机制能发出警告，防止咀嚼昆虫。

该受体是首字母缩写为INR的蛋白质。研究小组表明，在叶子伤口和毛毛虫唾液特异性蛋白片段存在的情况下，豇豆的INR蛋白可以促进乙烯的产生，这种激素是植物在应对食草动物的咀嚼和其他类型的环境压力时经常产生的。毛虫唾液中引起这种反应的蛋白片段Vu-IN，实际上是豇豆蛋白的一个片段，在毛毛虫吃豇豆叶子的时候会被它分解。

与其他植物相比，研究人员研究豇豆的方法更少。因此，为了了解有关INR功能的更多细胞细节，他们将INR基因导入到烟草植物中。这些烟草植物在暴露于Vu-IN时增加了乙烯的产量以及活性氧，这是另一种由化学反应形式的氧组成的抗食草动物防御。此外，研究小组的实验表明，食用烟草的毛虫（甜菜夜蛾），相比于没有INR的植物，对INR较高的烟草植物的咀嚼更少。

研究表明，豇豆等植物只有在其细胞检测到与食草性相关的特定分子后才会发出警报。Vu-IN触发了豇豆防御。研究人员认为，其他植物的防御系统可能具有不同的分子触发因素。了解植物如何激活其免疫系统可以帮助科学家制定更有效的策略来保护作物植物免受饥饿的侵害。

图1. 豇豆对inceptin肽的响应与单一基因位点有关

图2. INR在异源模型N. benthamiana中赋予inceptin信号转导反应，与豇豆响应变异相对应

图3. INR赋予了Vu-In保留，并显示了组成型和诱导型共受体RLK关联

图4. 异源INR表达调节烟草物种中可诱导的植物防御和食草动物抗性

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