马克斯·普朗克学会 食草动物的进食不仅会导致植物产生防御化合物，还会导致生长过程放缓
β-胡萝卜素(一种光合色素)通过活性氧形式(活性氧=活性氧物种)裂解，形成β-环柠檬醛(βCC)，直接抑制MEP途径的速率控制酶
信用:金伯利·福尔克，动作自然 在PNAS的一项新研究中，一个包括来自马克斯·普朗克化学生态研究所的科学家在内的国际研究小组表明，拟南芥植物在受到食草动物攻击时会产生β-环柠檬醛，这种挥发性信号抑制了甲基赤藓糖醇4-磷酸(MEP)途径
MEP途径在植物生长过程中起作用，如光合作用色素的产生
除了下调MEP途径，β-环柠檬醛还能增强植物对食草动物的防御
由于MEP途径仅在植物和微生物中发现，而在动物中没有发现，对β-环柠檬醛等信号分子的了解为开发阻断这一途径的除草剂或抗微生物剂开辟了新的可能性
植物防御和生长过程之间的权衡 研究人员早就知道，植物的资源有限，它们可以根据环境条件投资于防御敌人或生长和繁殖
许多研究已经表明，当受到昆虫攻击时，植物会增强防御能力，例如，产生毒素或消化酶抑制剂来伤害攻击者
然而，对于食草动物的攻击如何影响植物的生长过程却知之甚少
“我们想研究食草动物可能如何影响光合作用和甲基赤藓糖醇4-磷酸(MEP)途径，这是一种直接通过光合作用产生生长代谢物的途径，”第一作者Sirsha Mitra说，他开始在马克斯·普朗克研究所从事这一项目，现在是印度浦那的萨维特里拜普勒大学的助理教授
多年来，MEP途径一直是耶拿马克斯·普朗克化学生态研究所的一个研究课题。“MEP途径为植物类异戊二烯或萜类化合物(一个涉及生长、防御和信号传导的非常大的植物代谢物家族)制造构建模块，”生物化学系负责人、作者之一乔纳森·格申松说
β-环柠檬醛激活防御并抑制生长 国际研究小组还包括来自西班牙巴塞罗那拉蒙Llull大学、丹麦林比技术大学和加拿大多伦多大学的合作伙伴，他们证明了用地中海水芹拟南芥的植物喂养非洲棉叶蝉的毛虫，这是一种攻击许多不同植物物种的通才饲养物，在减少生长过程的同时增加了防御能力
利用分子生物学和分析化学的各种技术，以及卡特彼勒生物测定法，科学家们能够证明一种特定的挥发性化合物β-环柠檬醛是造成这种资源转移的原因，这种化合物是由β-胡萝卜素被活性氧分解形成的
虽然β-环柠檬醛作为一种化学信号来增强防御，但它同时通过直接抑制该途径的速率控制酶来减少MEP途径中化合物的形成
“对我们的研究特别重要的是植物接触同位素标记的二氧化碳(13CO2)而不是主要的大气二氧化碳(12CO2)
二氧化碳很容易通过光合作用被引入到MEP途径中
现在在南非工作的主要作者之一劳伦斯·赖特说:“这使我们能够跟踪当植物在食草动物攻击后转为防御模式，β-cyc locitral减缓了MEP途径时，MEP途径中的代谢流量是如何变化的。”
与以未处理植物为食的毛虫相比，以用β-环柠檬醛处理过的植物为食的毛虫表现出生长下降
这进一步证明了这种挥发性信号对植物防御的重要性
农业和医药的潜在利益 当植物受到攻击时，它们可能不得不停止生长过程，以释放足够的资源进行防御
β-环柠檬醛信号是一种精确控制这种资源转移的机制
因此，β-环柠檬醛或一种更稳定的衍生物可以应用于农作物，以刺激害虫爆发时的防御
乔纳森·格申松解释了这项研究的潜在应用，他说:“因为在所有植物和许多微生物中都发现了MEP途径，但在动物中没有发现，所以开发除草剂以及具有抗微生物活性的药物尤其令人感兴趣。”
印度的进一步研究现在将调查β-环柠檬醛是否能增加作物(如西红柿)的抗虫性，以及它是否与其他已知的防御信号相互作用
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