植物在成长期间常面临来自植食性昆虫的挑战。这些昆虫在进食之前，通常会在植物表面仔细探索，以选定最佳的进食和产卵位置。在这个过程中，昆虫会频繁地与植物的表皮毛发生接触。尽管表皮毛被视为植物防御机制的第一线，但它们是否能在害虫开始大规模侵害之前，作为预警系统发挥作用，依然是科学界的一个开放性问题。福建农林大学吴双教授团队近期在国际权威期刊The plant cell（植物细胞）上发表了一篇题为“Different multicellular trichome types coordinate herbivore mechanosensing and defense in tomato”(番茄不同类型表皮毛协同调控对害虫的感知和防御)的研究论文，该研究揭示了番茄的长指状表皮毛能有效地检测到来自植食性动物的机械压力，从而激活早期预警系统。同期，The plant cell（植物细胞）也在线了题为“Well prepared: How trichome polymorphism creates an early-warning system against herbivory” (准备充分：表皮毛多态性如何构建一个针对食草动物的预警系统)的评论文章，对该研究进行了点评。福建农林大学再登Science！吴双团队研究揭示番茄闭花授粉结构形成的调控机制
Nature Communications | 福建农林大学吴双团队在番茄表皮毛腺体发育领域再获新进展
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PNAS | 福建农林大学吴双团队揭示大豆结瘤形成过程中刺激皮层细胞分裂的机制！
研究初期，科学家们注意到，当棉铃虫在番茄叶子上移动时，主要接触的是长指状表皮毛，而那些已知具有防御功能的短腺毛则较少受到物理刺激。然而，棉铃虫的移动却意外地激活了短腺毛中负责抵抗害虫的代谢酶SlTPSs的表达。这一发现激发了科学家们探究不同类型表皮毛之间可能存在的信号交互机制的兴趣。后续研究显示，长指状表皮毛含有丰富的钙离子，可以作为钙离子储存库。当棉铃虫在叶子上移动时，长指状表皮毛会通过激活的钙波向短腺毛发送信号，导致短腺毛内的钙离子浓度迅速上升，进而促进茉莉酸的大量产生。茉莉酸信号途径中的核心成分MYC1在腺毛中的表达水平显著增加，触发了挥发性驱虫化合物——萜烯类物质的大规模合成，从而大大增强了番茄对害虫的防御效果。值得注意的是，并不是所有的长指状表皮毛都具备这种功能。研究指出，只有具备基底细胞的长指状表皮毛才能有效地传递机械信号。如果缺少基底细胞，即便受到机械刺激，长指状表皮毛也无法启动钙波信号的传播。进一步的实验结果表明，不同类型表皮毛之间的合作对于建立早期防御体系至关重要。随着长指状表皮毛数量的增加，植物对植食性昆虫的基本抵抗力也随之提高，机械刺激引发的防御反应也变得更加敏锐。相反，若长指状表皮毛减少或失去基底细胞，植物的抗虫性能就会明显下降，对外来机械刺激的敏感度也会减弱。综上所述，这项研究表明长指状表皮毛在基底细胞的帮助下，不仅能够感知昆虫的机械刺激，还能通过钙波信号放大这种刺激，并将其传递给附近的腺毛，最终激活茉莉酸信号路径，建立一种基于代谢的预防性防御机制。该研究得到了国家基金委自然科学基金等项目资助。福建农林大学生命科学学院在读博士生孙超和未来技术学院博士生魏金波为该研究的共同第一作者。福建农林大学未来技术学院吴双教授和中国农业科学院蔬菜花卉研究所张友军教授为论文共同通讯作者。中科院分子植物科学卓越创新中心晁代印团队也做了重要贡献。福建农林大学未来技术学院本科生顾昕云和园艺学院本科生吴柯蒙也为项目完成做了较大贡献。![]()
