马克斯·普朗克学会 野生烟叶上的烟草鹰嘴豆幼虫:对幼虫叶丝(小黑球)的详细化学分析揭示了毒素是如何在毛虫体内被激活的，从而为植物中毒素的生物合成提供了线索，这一过程与消化过程相反，或者像科学家所说的:“消化二重奏”
信用:安娜·施罗尔 植物产生有毒物质来抵御食草动物
在一项新的研究中，来自德国耶拿马克斯·普朗克化学生态研究所和明斯特大学的科学家能够详细描述野生烟草植物中一组重要的防御物质——二萜苷类的生物合成和确切的作用方式
二萜苷类可以让植物抵御食草动物
研究表明，这些植物化学物质攻击细胞膜的某些部分
为了保护自己免受自身毒素的伤害，并防止细胞膜受损，烟草植物以无毒的形式储存这些物质，这些物质是以一种非常特殊的方式合成的
自毒性和对它的保护似乎在植物防御的进化中起着比以前认为的更大的作用
这项研究发表在《科学》杂志上
许多植物产生化学防御来保护自己不被吃掉
对于是什么让这些物质对消费者有毒，我们仍然知之甚少
马克斯·普朗克化学生态研究所和明斯特大学的研究人员现在已经研究了植物如何产生毒素并将其储存在组织中而不伤害自己
特别是，他们想知道自毒作用及其预防机制是否与防御食草动物的毒性特征有相似的机制
自毒与防御 在他们的实验中，他们选择了来自烟草属植物(一种野生烟草)的二萜苷
“这些物质在烟草植物的叶子中以非常高的浓度存在
但是我们不知道为什么它们是如此有效的防御手段，也不知道为什么它们产生的毒性如此之大
所以这种情况与这种植物产生的其他非常丰富的毒素，即尼古丁完全不同
尼古丁是一种特殊的神经毒素
由于植物缺乏神经和肌肉，它们没有毒素的目标
所以生产和储存尼古丁不会伤害植物，”耶拿·马克斯·普朗克研究所分子生态系的伊恩·鲍德温说，该研究就是在该研究所进行的
令他们惊讶的是，研究人员发现，经过转化的烟草植物不再产生参与二萜苷生物合成的两种蛋白质，因此也不再形成大量储存在叶子中的防御物质，表现出明显的自我中毒症状:它们生病了，不能正常生长，也不能再繁殖
进一步的实验表明细胞膜的某些成分，即所谓的鞘脂，已经受到了攻击
弗雷索科:蔡健·李收集烟草植株上留下的六角卷蛾幼虫进行详细分析
信用:安娜·施罗尔 靶向细胞膜 鞘脂是在所有动物和植物中发现的物质，包括野生烟草的敌人，烟草天蛾的幼虫
因此，研究人员询问鞘脂代谢是否是二萜苷的目标
事实上，以不含二萜苷类化合物的植物为食的六角木毛虫比以含有防御化学物质的对照为食的幼虫长得好得多
对食物中含有二萜苷的六角豆幼虫的弗雷泽的分析提供了进一步的见解，因为幼虫消化过程中植物毒素的降解或多或少与植物中物质的合成相反
植物通过以无毒的形式储存防御物质来防止自我伤害
然而，当昆虫以这种植物为食时，无毒分子的一部分被切断，化学物质被激活或“武装”
“有趣的是，在这两种情况下，在二萜苷生物合成不完全的植物和毛虫饲养中，毒素的目标是鞘脂代谢，”第一作者李说
鞘脂是许多生理过程中的介质
这使得二萜苷类对鞘脂代谢的影响变得如此有趣
“二萜苷及其衍生物对许多农业害虫和病原真菌具有广泛的防御功能
与此同时，许多人类疾病，如糖尿病、癌症和一些神经退行性疾病也与鞘脂代谢升高有关，”该研究的资深作者之一、明斯特大学进化与生物多样性研究所的许淑清说
医生一直在寻找通过抑制鞘脂代谢来治疗这些疾病的有效物质
这里研究的二萜苷可能是进一步研究的潜在候选物
“微生物学”——一种研究生物间相互作用的新的强有力的工具 对幼虫腐肉的分析被证明是这项研究成功的关键
科学家们称这种新方法为“fras somics”:fras(幼虫粪便)和代谢组学的结合——对生物体中所有代谢物的分析
“从这项工作中，我们认识到费拉斯莫斯克是一个非常强大的研究工具
伊恩·鲍德温说:“对幼虫腐肉的分析可以提供新陈代谢的线索，说明一种生物产生的东西是如何被消费生物代谢的。”
科学家们计划对发生在植物和昆虫之间的“消化二重奏”获得更多的见解，以便更好地理解植物、昆虫和微生物之间的生态相互作用
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