江耘 /科技日報
2018-05-11 08:04
五羥色胺是一種讓人的大腦產生愉悅感的化合物，浙江大學農學院舒慶堯及其合作者最新研究發現：害蟲也喜歡五羥色胺。害蟲啃食水稻時，植株體內的五羥色胺含量會增加，對害蟲來說，這使水稻的「口感」和「營養」都提升了。
據了解，這是科學界第一次揭示五羥色胺與水稻抗蟲性之間的關係，將對下一步培養更優抗性的水稻和發展防蟲治蟲策略提供新的思路。
褐飛蝨和螟蟲是稻田中兩種破壞性最大的害蟲。浙江大學昆蟲所的婁永根教授長期關注植物化合物與昆蟲的互動機制，他發現在遭到害蟲侵害時，植物機體會分泌出不同的化學物質。
通過研究發現，害蟲在侵食水稻時，水稻體內的五羥色胺含量升高了。它主要由一個叫CYP71A1的基因合成。「當害蟲侵食水稻時，這個合成五羥色胺的『開關』就被打開了。」舒慶堯說。
為了探究五羥色胺對害蟲的影響，博士生羅婷開始了「數蟲子」工作：數出15隻褐飛蝨，放到裝有兩株水稻的容器中：一株水稻是自然野生型水稻，另一株是敲除了CYP71A1基因的水稻。
「我們發現一個很有趣的現象：剛開始分布均勻的褐飛蝨，一段時間後會表現出明顯的分離。」羅婷說，大部分褐飛蝨選擇去自然野生型水稻。
顯然，被敲除了CYP71A1基因的水稻被害蟲「嫌棄」了。原因則是無法調高五羥色胺的分泌。
令科學家好奇的是：害蟲為什麼喜歡五羥色胺？
研究發現，攝入更多的五羥色胺之後，蟲子的生長發育加快了，身軀也更加「壯碩」了，這在螟蟲的身上表現得特別明顯。「蟲子很聰明，它不但懂得『吃』，還能把食物變得更加『營養美味』。」舒慶堯說，這是害蟲的智慧。
這一發現對提高水稻的抗性，維護糧食產量和品質有很重要的科學價值。
科研團隊進一步探究發現，在植物體內，五羥色胺和水楊酸的合成有一個共同的源頭物質——分支酸，水楊酸是一種已知的能夠提高水稻抗病性的化合物。
論文第一作者蘆海平博士介紹，五羥色胺和水楊酸合成過程存在相互負調控，本身又可以主動抑制對方合成基因的活性，如水楊酸可以抑制CYP71A1基因的開啟，從而減少五羥色胺的含量。
簡單來說，當害蟲啃食水稻致五羥色胺增加時，原本幫助抗病的水楊酸就減少了。
舒慶堯介紹，很多植物中都存在五羥色胺和水楊酸合成代謝通路，這項研究將對水稻及其它作物的抗蟲育種帶來啟發意義。
相關論文《基於五羥色胺生物合成抑制的水稻抗蟲性》日前發表在《自然·植物》雜誌上。
（原標題：新發現！害蟲啃過的水稻變得更好吃）
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