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作者：崔格格，南京农业大学硕士在读，主要研究根际资源与微生物互作。 周刊主要展示LorMe团队成员优秀周报，每周定期为您奉上学术盛宴！本期周刊为您介绍植物根系分泌的化学信号物质对植物邻域检测和化感反应的影响，原文于2017年发表在《Nature communications》上。
植物邻域识别和响应策略是物种间相互作用的重要媒介。植物邻域识别通过物理和化学信号实现，如远红光反射、养分有效性的改变和植物释放的次生代谢产物等。这些信号触发了复杂的植物响应策略，如避阴、根系觅食和化学防御。尽管人们对有关植物挥发物邻域识别和响应的研究越来越多，但对于土壤传播的化学信号物质在植物地下互作中发挥的作用却知之甚少。在本研究中，作者证明了小麦和其他100种植物之间存在通过地下信号传导的邻域识别和化感反应。此外，该研究还发现黑麦草内酯和茉莉酸存在于不同物种的根系分泌物中，参与了植物的邻域识别和化感反应，是介导植物地下部土壤媒介的化学信号物质。 作者使用化感物质DIMBOA（2,4-二羟基-7-甲氧基-1,4-苯丙恶嗪）构建了小麦的模型系统并通过将小麦与8种杂草共培养，进一步研究了DIMBOA响应的密度依赖性。当小麦和8种与其常接触的常见杂草(白藜草、马唐、苘麻、白草、黑麦草、黑麦草、阿菲亚、麦穗草和牛毛羊草)组合时，其化感物质DIMBOA的浓度随相邻杂草的密度而变化（图1）。结果表明，同源或异源邻域物种通过密度依赖的方式诱导化感反应。虽然在小麦中发生了显著的种内诱导，但其反应是最不敏感的，表明邻域诱导的化感反应更多地与密度和早期暴露于特异性异种邻域有关，而不是和与之竞争的邻域物种有关。
图1 不同密度下8种常见杂草对小麦植株化感物质DIMBOA浓度的影响 作者利用阻隔物理接触的网格分离小麦根系后，发现小麦根系的DIMBOA浓度仍然增加。作者又使用塑料膜层完全阻断小麦的地下物理、化学和生物接触，使小麦与相邻作物的互作仅限于地上部，发现DIMBOA的浓度没有变化，表明没有地上部信号交互作用（图2）。这些结果在4种相邻植物(多年生白叶天牛、白叶天牛、日本白叶天牛和桃叶天牛)上得到了验证。以上结果表明，邻域诱导的化感反应由根系分泌的化学信号物质或土壤细菌介导，而不是由根系接触和土壤菌根菌丝介导的。为了证实化学信号物质而非细菌互作是引起化感作用的原因，作者从四种常见杂草中提取根系分泌物，将相邻物种的根系分泌物以不同浓度施用于土壤中。当小麦施入根系分泌物6h后，DIMBOA的浓度与相邻物种的同质性呈剂量依赖关系。4种潜在的化学信号物质被鉴定为茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)、黑麦草内酯和木犀草素。与SA和木犀草素相比，黑麦草内酯和JA是触发化感反应更有效的信号化学物质。因此，该研究认为小麦可能是通过土壤中根系分泌的黑麦草内酯和JA来检测邻域的存在，进而启动DIMBOA的释放和生产，从而诱导化感作用（图3）。图2 小麦的茎和根在5:5混合和不同程度的地下隔离的邻域的化感反应植物可以通过改变其生长和次生代谢物的产生，响应他们所在环境中的生物和非生物因素。邻近植物可以通过竞争、化感作用或两者同时作用而影响植物的生化物质成分。本研究通过有根和无根、菌根和土壤化学分离的一系列实验，探讨了地下信号传递的机制。结果表明，植物可以通过根系分泌的信号化学物质识别邻近植物。植物可能通过植物挥发物作为空气信号来探测邻域作物；而根系分泌物则驱动植物－植物之间的地下信号交互作用。 黑麦草内酯的发现提高了我们对植物邻域识别和反应策略的认识。对黑麦草内酯在土壤中的行为及其分子生物学的研究，可以为植物的传感和通信提供新的见解。 论文信息 原名：Plant neighbor detection and allelochemical response are driven by root-secreted signaling chemicals 译名：根系分泌的信号化学物质驱动植物邻域识别和化感反应 期刊：Nature Communications DOI：10.1038/s41467-018-06429-1 发表时间：2017.09 通讯作者：Chui-Hua Kong 通讯作者单位：中国农业大学资源与环境科学学院
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