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第七十八章 地下实验室基地的成果（第2页）

在家中养花能为我们的生活增添无限色彩，但我们也要意识到其中可能存在的潜在香气危害。某些花卉释放的挥发性有机化合物（VOCs）、过敏原以及有毒物质可能对人体健康造成负面影响。同时，某些花卉的香气可能影响睡眠质量。

植物受到环境刺激时会产生挥发性化合物（volatileorganiccompounds，VOCs），其作为一种特殊的信号能被周围的植物感知，进而诱发周围植物的防御反应，这一现象被称为气传性免疫（airbornedefense，AD）。尽管几十年来人们在多种植物中观察到这种植物间通讯（plant-plantcommunication，PPC）现象，并认识到其重要的生物学和生态学意义，然而对VOCs介导PPC的分子机制一直不清楚。此外，除乙烯受体外，植物感知其它VOC的受体也一直未被鉴定。

(）;(）　　蚜虫是全球范围内最具破坏性的农业害虫之一，它们吸食植物汁液并传播超过40%的植物病毒，造成农业生产的巨大损失。蚜虫叮咬会诱导植物释放包含水杨酸甲酯（methylsalicylate，MeSA）在内的VOCs。MeSA在植物抵御蚜虫等食草性昆虫侵害中发挥重要作用，它能够驱避昆虫、降低其适应性并且吸引昆虫天敌等方式参与植物防御过程。但是MeSA如何作为植物间通讯的信号激活AD抗蚜虫防御？这是一个长期未解决的问题，植物是否拥有识别和感知空气中MeSA的受体也不清楚。此外，蚜虫和病毒能否干扰植物气传性免疫也未知。

2023年9月13日，清华大学刘玉乐团队在Nature上在线发表了题为Molecularbasisofmethylsalicylate-mediatedplantairbornedefense的研究论文，该工作鉴定了识别气态MeSA的植物受体，揭示了MeSA介导的植物气传性免疫的分子机制及其植物病毒的反防御机制，为防治病虫害提供了突破点和研究方向。

大多数植物病毒依赖昆虫等介体进行传播。当昆虫叮咬植物后，植物会产生VOCs，驱避昆虫的同时也招募这些植食性昆虫的天敌。此外，当这些挥发性化合物被临近植物吸收后会触发临近植物对昆虫的防御反应。刘玉乐研究团队发现蚜虫叮咬植物后，植物会产生MeSA，这些MeSA挥发到空气中能够被临近植物中的MeSA受体蛋白水杨酸结合蛋白-2（SA-bindingprotein-2，SABP2）感知结合，并将其转化为水杨酸（salicylicacid，SA）。SA激活转录因子NAC2，上调水杨酸羧基甲基转移酶1（SA-carboxylmethyltransferase-1，SAMT1）基因的表达，从而产生更多的MeSA，诱导植物的抗蚜虫免疫，从而降低病毒的传播。

值得注意的是，刘玉乐团队还发现一些蚜虫传病毒比如黄瓜花叶病毒、马铃薯Y病毒等能够编码含有解旋酶结构域的蛋白质与NAC2蛋白相互作用，改变NAC2蛋白的亚细胞定位，促进NAC2在细胞质中被26S蛋白酶体降解，从而负调控NAC2-SAMT1通路，抑制蚜虫叮咬植物中MeSA的合成和挥发，阻断植物间“预警”通讯，促进蚜虫对临近植物的侵染和对病毒的传播（图1）。这一发现揭示了植物气传免疫的详细分子机制及病毒的反防御机制，揭示了全新的蚜虫-病毒共进化互惠方式。

甚至，叶凡发现这个组织尽然做到了利用植物群体性能量来构筑人体第九大脉轮的可能性！

说白了就是让人类成为植物群体性的同类！

通过号召，利用植物的能量回馈自身！

并引入了VOCS的天敌臭氧来刺激植物群体性能量的发挥！

不同体质的人可拥有不同VOCS来扩充自身的植物性能力！

这发现让叶凡大开眼界！

他第一个想到了谢怀夕！

她是地母体质！如果让她拥有了这项成果的能量，可控制所有大地上的植物来进行攻击防御，那可就太无敌了！

“你们的研究成果好像有那么点作用！这些研究成果可以抵扣你们的罪孽了！以后把重点放在研究上！你们需要什么东西，找我！包括天材地宝！”

三位白须老者脸色一下子舒展了！这是看到了活下去的希望！

本研究通过表征矮牵牛三磷酸腺苷结合盒（ABC）转运体PhABCG1功能，证明挥发物通过质膜依赖于主动转运。通过RNAi下调PhABCG1导致挥发物排放减少，挥发物在质膜中也会积累到毒性水平。转运体可以调节其他植物和其他生物体内挥发性有机化合物的排放，这项研究提供了生物学介导挥发性物质排放的直接证据。

研究结果

1。矮牵牛花RNA-seq结果分析：获取得到高表达基因PhABCG1

以矮牵牛（Petuniahybrida）的花为研究对象，研究其挥发性苯和苯丙物质是否依赖于蛋白质介导的出口。由于某些非挥发性疏水性化合物，如蜡和二萜，通过三磷酸腺苷结合盒（ABC）转运体通过质膜输出，作者搜索了牵牛花花瓣RNA测序（RNA-seq）数据集，以获取ABC转运体转录序列。在矮牵牛花中发现了一个高表达的候选基因，在第1天（花蕾期）和开放后第2天（花期）之间上调了103倍，这两个发育阶段分别是VOC排放量最低和最高的。该基因编码矮牵牛ABC亚家族G成员1PhABCG1，这是一种预测的功能未知的质膜转运蛋白，几乎只在开放花的花瓣中表达，并受ODORANT1转录因子调控，该转录因子控制矮牵牛花中VOC的生物合成。

2。PhABCG1参与VOC运输初步验证：PhABCG1RNA干扰系中VOC排放减少，细胞内部VOC增加

为了确定PhABCG1是否参与VOC的释放，作者在花瓣特异性芳樟醇合成酶启动子的控制下，制备了转基因矮牵牛花RNA干扰（RNAi）系，以降低PhABCG1的表达。三个独立系PhABCG1转录水平降低了70-80%（图1A），VOC总排放量减少了52-62%（图1B），同时内部VOC总库增加了101-157%（图1B）。在PhABCG1-RNAi花中，每个个体VOC的排放量都有不同程度的减少，其对应的内部库增加。转基因花的醇苷含量约为野生型花的2。5倍，占总VOC池的13%。

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图1。VOC释放变化情况

2。PhABCG1运输活性验证：PhABCG1转运苯丙类和苯类化合物

(）;(）　　作者首先在烟草亮黄2（BY-2）悬浮细胞中表达了his-strepii标记的PhABCG1。在50个筛选的转化子中，大多数转化子给出了接近预期分子质量（75。2kDa）的阳性信号。作为一个半大小的ABC转运体，PhABCG1具有单一膜结构域和单一核苷酸结合结构域，可以作为同源或异源二聚体发挥作用。由于没有其他半大小的ABCG基因在花中像PhABCG1那样上调，因此假设PhABCG1作为同二聚体起作用。当进行色谱时，PhABCG1在158kDa标记物前洗脱，与洗涤剂胶束（~70kDa）中预测的同型二聚体尺寸（2×75。2kDa）一致。

其次作者选择了苯甲酯和苯甲醇作为底物（矮牵牛花释放的主要VOC成分）。在用14c标记的底物孵育表达PhABCG1的对照和转基因BY-2系时，测量细胞相关的放射性，对应于被动扩散进入细胞和主动运输出细胞之间的差异。与对照细胞相比，在转基因BY-2细胞中观察到的细胞相关放射性降低，这表明PhABCG1将甲酸酯和苯甲醇运输出细胞（图2，A和C）。另外两个转基因BY-2细胞系也显示出类似的结果（图2C）。表达BY-2抗体的细胞系SC6（26）作为阴性对照，表现与野生型细胞相似。钒酸盐是一种已知的ABC转运蛋白抑制剂，在表达PhABCG1的BY-2细胞系中，苯甲酸甲酯的保留量增加了51%，证实了转运的活性（图2B）。用标记的单萜薄荷醇和二萜核醇类似物[3h-十氢-2-羟基-2，5，5，8a-四甲基-1-萘乙醇，烟草NtPDR1转运体的底物进行转运试验显示，表达PhABCG1的细胞和野生型BY-2细胞之间没有差异（图2C）。这一结果表明PhABCG1转运苯丙类和苯类化合物。

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图2。PhABCG1运输活性验证

3。其他ABCG转运体候选者筛选：未筛选到功能基因

在RNA-seq数据集中确定了16个额外的ABCG转运体候选者。在植入后的第2天，所有候选基因的转录水平都低于PhABCG1，只有两个候选基因（Ph4681和Ph5139）在第2天比第1天上调。Ph4681的表达量为PhABCG1的0。5%，而Ph5139的表达量为PhABCG1的17%。然而，短暂的RNAi下调Ph5139对VOC排放或内部池没有影响。

通过RNA-seq鉴定的所有矮牵牛花ABCG转运蛋白和已知功能的半大小拟南芥转运蛋白的系统发育分析显示，PhABCG1具有一个与矮牵牛花密切相关的蛋白Ph19708（65%氨基酸同源），没有拟南芥同源物。Ph19708的表达量是PhABCG1的0。2%，表明它对VOC排放的贡献很小，如果有的话。另外两个PhABCG1同源物（Ph13519和Ph9795，与PhABCG1共享约45%的氨基酸同源性）与已知的三个拟南芥ABCG转运蛋白（AtABCG11，AtABCG12和AtABCG13）聚集，并与PhABCG1和Ph19708单独聚集。

4。模型预测验证：累积的VOCs对膜完整性有不利影响

为了验证预测的模型，累积的VOCs对膜完整性有不利影响，作者用两种具有不同作用模式的化合物对2日龄野生型和PhABCG1-RNAi花的牵牛花花瓣进行了染色。第一种是碘化丙啶，只有在质膜被破坏时才扩散到细胞中并染色核酸。第二种是双醋酸荧光素，它穿过完整的细胞膜并保持无色，直到醋酸部分被细胞内酯酶除去。去乙酰化的荧光素是荧光的，不能穿过完整的细胞膜。

结果发现在PhABCG1-RNAi花瓣中，碘化丙啶染色细胞核，与累积的VOCs对质膜的损伤一致（图3A）。与这种效果类似，野生型花在喂食高浓度（15至30mM）苯甲醛时也表现出类似的染色。PhABCG1-RNAi花瓣中荧光素染色较少（图3B），为细胞膜破坏提供了独立的证据。与对照相比，PhABCG1-RNAi系的花更小，鲜重也更轻。然而，转基因和野生型花瓣表皮锥形细胞的扫描电镜显示，细胞基部直径和细胞形状没有差异。这表明这些细胞的分化和扩张发生在VOC积累之前，因此不受影响。

PhABCG1下调对矮牵牛花细胞膜完整性的影响

挥发性有机物因为其挥发特性，研究起来的难度要高于非挥发性代谢物，而其种类多样性也赋予其高度参与植物的各种生理活动。因此对于挥发性有机物的研究有助于我们了解植物-植物之间，植物-微生物，植物-动物之间的交流机制。迈维代谢也在过去的一年中，深耕于挥发性有机物检测的技术开发，目前提供两种检测技术：GC-MS挥发性代谢组和GCxGC全二维挥发性代谢组，可以实现对植物、食品等多种样本类型中的挥发性有机物全面检测。

越看越惊人！

叶凡陷入了对新领域的忘我阅读与推测！