植物的化學(xué)防御不僅影響草食動物的生長和發(fā)育，而且間接地影響食物鏈中的下一個消費者。一項新的研究表明，食草動物及其捕食者已經(jīng)發(fā)展出有效的策略來應(yīng)對有毒植物的次生代謝產(chǎn)物。小菜蛾的毛蟲使用一種特殊的腸道酶，使宿主植物的有毒物質(zhì)無害。如果沒有這種酶的活性，則會損害其生長，存活和繁殖。然而，掠食性幼蟲以中毒的毛蟲為食，而沒有嚴重的負面后果，因為它們具有自身的排毒機制。研究結(jié)果發(fā)表在eLife雜志上。

為了成功地以植物為食，食草動物需要克服植物產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)來保護自己。這些防御性化合物中的一類是芥子油苷，它是由各種十字花科蔬菜(包括卷心菜，西蘭花和辣根)以及模型植物擬南芥(Arabidopsis thaliana)生產(chǎn)的。芥子油苷很容易轉(zhuǎn)化為有毒的異硫氰酸酯。一些食草動物采用機制來防止異硫氰酸鹽的形成。其中包括小菜蛾小菜蛾(Plutella xylostella)，這是一種主要針對白菜和相關(guān)植物物種的主要農(nóng)業(yè)害蟲。反復(fù)的大規(guī)模暴發(fā)使這種草食動物成為全世界蔬菜的重要經(jīng)濟害蟲。

來自德國耶拿馬克斯·普朗克化學(xué)生態(tài)研究所生物化學(xué)系和印度浦那的印度科學(xué)教育與研究學(xué)院的一組科學(xué)家希望找出芥子油苷的酶促轉(zhuǎn)化是否確實是排毒機制對于害蟲的生長，存活和繁殖至關(guān)重要。此外，小菜蛾的毛蟲是食物鏈的一部分，因為它們被其他昆蟲(如lace幼蟲)消耗。ce幼蟲是貪食的食肉動物，以許多不同類型的昆蟲為食。因此，它們還被用作有害生物防治中的有益生物。因此，科學(xué)家們想知道草食動物中的芥子油苷如何影響它們的捕食者。

Sun Ruo和Daniel GiddingsVassão在擬南芥植物中尋找害蟲，即小菜蛾的毛蟲。圖片來源：Anna Schroll

首先，研究人員表明，以十字花科植物為食的小菜蛾幼蟲會產(chǎn)生更多的特定排毒酶。然而，不再能夠產(chǎn)生這種酶的幼蟲在以葉片中產(chǎn)生芥子油苷的植物為食時，其發(fā)育受到明顯損害：它們的生長下降，存活率較低，后代較少?；瘜W(xué)分析表明，這些毛蟲含有大量有毒的異硫氰酸鹽。

對于科學(xué)家而言，這一發(fā)現(xiàn)證明了酶解毒對于小菜蛾的生存至關(guān)重要。但是，生物化學(xué)系負責(zé)人丹尼爾·吉丁斯·瓦桑(Daniel GiddingsVassão)與浦那合作研究所的薩加爾·潘迪特(Sagar Pandit)共同領(lǐng)導(dǎo)了這項研究，他還指出，這種酶的形成對昆蟲來說是昂貴的：提高蟲毛的性能，這是有成本的。昆蟲在沒有硫代葡萄糖苷的植物上的表現(xiàn)要好得多。植物防御的生態(tài)系統(tǒng)非常復(fù)雜。即使草食動物已經(jīng)開發(fā)出聰明的化學(xué)反應(yīng)來解毒植物防御化合物，只要解毒能消耗昆蟲資源，植物就可以繼續(xù)產(chǎn)生化學(xué)防御作用。”

科學(xué)家不僅想知道小菜蛾的毛蟲如何處理植物防御，而且還想知道植物防御化合物是否影響食物鏈的下一個層次，即以這些毛蟲為食的捕食性昆蟲。“若要阻止小菜蛾毛蟲中芥子油苷的化學(xué)轉(zhuǎn)化，將對掠食性草lace產(chǎn)生不利影響。但是，令我們驚訝的是，我們發(fā)現(xiàn)，以這種毛蟲為食時，草wing幾乎沒有受到負面影響。”該研究的第一作者。

lace蟲幼蟲是以可以使硫代葡萄糖苷解毒的毛蟲為食，還是以含有劇毒異硫氰酸鹽的毛蟲為食，幾乎沒有什么區(qū)別：當(dāng)完全以有毒毛蟲為食時，ce蟲幼蟲的生長會稍微慢一些。但是，這不會影響它們的適應(yīng)性，也不會改變它們的獵物選擇。進一步的研究表明，草lace幼蟲也能使異硫氰酸鹽無害，盡管它們采用的排毒機理與小菜蛾的幼蟲不同。

生物化學(xué)系主任喬納森·格森松(Jonathan Gershenzon)說，研究結(jié)果還顯示出與這種具有經(jīng)濟意義的有害生物作斗爭的可能策略：“我們的研究表明，小菜蛾在含芥子油苷的情況下能夠存活并成功發(fā)育。植物取決于其化學(xué)代謝這些防御能力的能力，同時，普通的綠色草wing(小菜蛾的通體捕食者)也會代謝芥子油苷，但代謝方式不同，因此，未來控制小菜蛾的努力可能會采用綜合的害蟲控制策略。 ：與菱干擾蛾 排毒，同時部署食草動物，例如草lace，即使草食動物缺乏排毒系統(tǒng)也不會受到影響。”