日本埼玉大学研究生院理工学研究科的荒谷优里（研究生）、上村卓矢博士研究员、萩原拓真（研究生）、丰田正嗣教授等人组成的研究团队，与山口大学的松井健二教授共同研究，成功将植物受到侵害时释放出的气味被附近植物感知后瞬间产生的钙信号（Ca2+）可视化。研究人员使用含有遇到Ca2+ 时就会发出明亮绿光的生物传感器拟南芥，发现植物被割伤时释放出的成分在挥发一分钟左右时被临近的拟南芥感知后产生Ca2+，从而引发集体防御反应以应对接下来的攻击。相关成果已刊登在国际学术杂志《Nature Communications》10月17日刊上。
图1. 利用气味物质进行植物间交流（供图: 埼玉大学丰田正嗣教授）
当被昆虫攻击的植物释放出的气味物质（如绿色气味）被附近的植物感知到时，即使它们没有受到直接攻击，也会做出防御反应来应对接下来对自己的攻击。
虽然植物间的交流早有报道，但植物是如何感知气味的却不清楚。
此次，研究人员利用了荧光生物传感器因细胞内Ca2+浓度上升而发出明亮光现象。使用表达荧光生物传感器的拟南芥，研究了感知气味的植物产生该信号的可视化情况。
当向拟南芥植物喷洒遭受幼虫食害时植物释放出的气味时，它们的叶子开始相继发出亮光。
另外，分析植物释放出的绿色香气、萜类、茉莉酸类等发现，属于绿色香气的青叶醛的（Z）-3-己烯醛和（E）-2-己烯醛不仅具有Ca2+信号，还具有电信号，同时还发现钙信号是应激反应防御基因表达所必需的。
在细胞水平上观察Ca2+信号，发现绿色气味开始扩散到空气中约一分钟后，该信号开始在气孔中产生，然后在叶肉细胞中产生，约5分钟后，在表皮细胞中也观察到了该信号。
研究人员认为，植物被昆虫吃掉时散发出的绿色气味通过附近植物的气孔进入叶片内部，并在叶肉细胞等处产生Ca2+信号，从而提高对昆虫的抵抗力。
丰田教授表示“使用挥发性物质进行的实验很容易受到实验室温度和风的流动等的影响，为了得到稳定的结果，需要慎重地确定研究条件。研究生荒谷优里花了三年多的时间来建立显微镜系统，最终将植物间利用气味物质相互交流信息的瞬间影像化。植物虽然没有嗅觉，但它们有能感知气味物质的受体。今后，我们希望明确植物感知气味的机制。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Nature Communication
论文：Green leaf volatile sensory calcium transduction in Arabidopsis
DOI：10.1038/s 41467-023-41589-9
