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浙大學(xué)者發(fā)現(xiàn)：害蟲啃過的水稻變得更好吃

來源：科技日報　　2018-05-11 10:49:26

五羥色胺是一種讓人的大腦產(chǎn)生愉悅感的化合物，浙江大學(xué)農(nóng)學(xué)院舒慶堯及其合作者最新研究發(fā)現(xiàn)：害蟲也喜歡五羥色胺。害蟲啃食水稻時，植株體內(nèi)的五羥色胺含量會增加，對害蟲來說，這使水稻的“口感”和“營養(yǎng)”都提升了。

據(jù)了解，這是科學(xué)界第一次揭示五羥色胺與水稻抗蟲性之間的關(guān)系，將對下一步培養(yǎng)更優(yōu)抗性的水稻和發(fā)展防蟲治蟲策略提供新的思路。

褐飛虱和螟蟲是稻田中兩種破壞性最大的害蟲。浙江大學(xué)昆蟲所的婁永根教授長期關(guān)注植物化合物與昆蟲的互動機(jī)制，他發(fā)現(xiàn)在遭到害蟲侵害時，植物機(jī)體會分泌出不同的化學(xué)物質(zhì)。

通過研究發(fā)現(xiàn)，害蟲在侵食水稻時，水稻體內(nèi)的五羥色胺含量升高了。它主要由一個叫CYP71A1的基因合成。“當(dāng)害蟲侵食水稻時，這個合成五羥色胺的‘開關(guān)’就被打開了。”舒慶堯說。

為了探究五羥色胺對害蟲的影響，博士生羅婷開始了“數(shù)蟲子”工作：數(shù)出15只褐飛虱，放到裝有兩株水稻的容器中：一株水稻是自然野生型水稻，另一株是敲除了CYP71A1基因的水稻。

“我們發(fā)現(xiàn)一個很有趣的現(xiàn)象：剛開始分布均勻的褐飛虱，一段時間后會表現(xiàn)出明顯的分離。”羅婷說，大部分褐飛虱選擇去自然野生型水稻。

顯然，被敲除了CYP71A1基因的水稻被害蟲“嫌棄”了。原因則是無法調(diào)高五羥色胺的分泌。

令科學(xué)家好奇的是：害蟲為什么喜歡五羥色胺？

研究發(fā)現(xiàn)，攝入更多的五羥色胺之后，蟲子的生長發(fā)育加快了，身軀也更加“壯碩”了，這在螟蟲的身上表現(xiàn)得特別明顯。“蟲子很聰明，它不但懂得‘吃’，還能把食物變得更加‘營養(yǎng)美味’。”舒慶堯說，這是害蟲的智慧。

這一發(fā)現(xiàn)對提高水稻的抗性，維護(hù)糧食產(chǎn)量和品質(zhì)有很重要的科學(xué)價值。

科研團(tuán)隊進(jìn)一步探究發(fā)現(xiàn)，在植物體內(nèi)，五羥色胺和水楊酸的合成有一個共同的源頭物質(zhì)——分支酸，水楊酸是一種已知的能夠提高水稻抗病性的化合物。

論文第一作者蘆海平博士介紹，五羥色胺和水楊酸合成過程存在相互負(fù)調(diào)控，本身又可以主動抑制對方合成基因的活性，如水楊酸可以抑制CYP71A1基因的開啟，從而減少五羥色胺的含量。

簡單來說，當(dāng)害蟲啃食水稻致五羥色胺增加時，原本幫助抗病的水楊酸就減少了。

舒慶堯介紹，很多植物中都存在五羥色胺和水楊酸合成代謝通路，這項研究將對水稻及其它作物的抗蟲育種帶來啟發(fā)意義。

相關(guān)論文《基于五羥色胺生物合成抑制的水稻抗蟲性》日前發(fā)表在《自然·植物》雜志上。

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