解码植物世界复杂的生物化学通信网络

普渡大学领导的一个研究小组已经开始翻译牵牛花的复杂分子语言。然而，它们的语法和词汇很好地隐藏在填充花细胞的无数蛋白质和其他化合物中

植物扎根在地，无法躲避昆虫、病原体或其他生存威胁。但植物科学家早就知道，它们确实通过一种名为挥发性有机化合物的气味化学物质相互发出警告

普渡大学生物化学、园艺和景观建筑杰出教授Natalia Dudareva说：“它们使用挥发物是因为它们不会说话。”。“植物向邻近的植物通报病原体攻击的情况。这看起来几乎像是免疫接种。在正常情况下，你看不到受体植物有任何变化。但一旦受体植物被感染，它的反应就会快得多。它已经做好了反应的准备。”

植物科学家早就知道这种类似免疫的启动，但直到几年前，他们还没有办法研究这个过程。他们需要一个标记来表明这些植物已经检测到了挥发性化合物

杜达列娃和13位合著者在《科学》杂志上描述了检测过程的新细节。该团队包括来自普渡大学的研究人员；法国圣艾蒂安大学和加州大学戴维斯分校

科学家对植物挥发物受体知之甚少。杜达列娃说，哺乳动物和昆虫也有挥发物，但它们感知挥发物的方式差异太大，无法帮助研究人员研究植物的挥发物过程

普渡大学科学家领导的一个研究小组记录了矮牵牛如何利用挥发性有机化合物进行交流的新细节

2019年，杜达列娃和她的同事在《自然化学生物学》杂志上发表了他们对一种新生理过程的发现，题为“自然熏蒸作为花器官之间挥发性运输的机制”。这项研究描述了植物的花管如何产生挥发性化合物，以杀菌其柱头，即雌蕊收集花粉的部分，以防止病原体的攻击

杜达列娃说：“柱头上有很多糖，尤其是牵牛花。这意味着没有这些挥发物，细菌会生长得很好。”。“但如果柱头没有接收到管道产生的挥发物，它也会更小。这就是器官间的交流。现在我们有了一个很好的标记，即柱头大小，来研究这种交流过程。”该科学研究的主要作者、普渡大学园艺和景观建筑博士生Shannon Stirling说，通过照片进行的测量显示，接触挥发物后柱头大小存在统计差异。“你可以看到这是一个持续的趋势，”她说。“一旦你观察了足够多的柱头，你就可以用眼睛看到它们的大小略有不同。”

结合对潜在蛋白质的基因操作，这项工作令人惊讶地揭示了卡瑞金样信号通路在牵牛花细胞信号传导中起着关键作用

“Karrikins不是由植物产生的，”Stirling说。“它们是在植物燃烧时产生的，我们的植物从未暴露在烟雾或火灾中。”

该团队还记录了类卡瑞金途径在检测挥发性倍半萜中的重要性。许多植物利用倍半萜与其他植物交流，以及其他功能

令人惊讶的是，已鉴定的卡瑞金受体显示出选择性感知一种倍半萜化合物信号的能力，而不是其镜像，这一特征被称为“立体特异性”。研究合著者、普渡大学生物化学博士后研究员Matthew Bergman说，该受体似乎对该化合物具有高度选择性

Bergman说：“这种植物会产生许多不同的挥发性化合物，并暴露在大量其他挥发性化合物中。”。“这种受体对从试管发出的信号的选择性和特异性非常显著。这种特异性确保了没有其他挥发性信号通过。没有虚假信号。”

对于斯特灵来说，这项研究需要掌握一种艰苦的方法，暂时改变矮牵牛雌蕊的蛋白质水平，以识别信号-受体-蛋白质的相互作用。她说：“雌蕊和柱头都很小。由于它们的体型，处理起来有点困难。”。“即使是你需要获得足够样本的柱头数量也相当大，因为它们不重。”

这种方法包括将某种细菌注射到柱头中，以引入靶向基因，然后分离产生的蛋白质

伯格曼指出：“操纵这么小的器官并不容易。”。“但Shannon能够用注射器轻轻地刺破污名，并如此巧妙地用这种细菌渗透进去。她是这方面的专家。”

牵牛花通常颜色鲜艳，闻起来很香，但普渡大学的科学家也很重视它们，因为它们是他们研究的肥沃模式系统

伯格曼说：“到目前为止，它们已经证明是卓有成效的。”