由于持續的環境變化和生存挑戰，自然界中的植物必須具備敏銳的感覺能力。它們不僅要與鄰近植物競争光照和資源，還要抵禦食草動物、昆蟲和病原菌的侵襲。為了生存和繁衍，植物進化出了一套複雜的機制來感覺外界環境。光，尤其是紅光與遠紅光的比例(R:FR)，對植物而言是一個關鍵的環境信号。在植被茂密的區域，葉片對光的吸收和反射導緻到達地面的光質發生變化，特别是紅光與遠紅光的比例(R:FR)降低。植物将這一變化感覺為鄰近植物的接近，預示着潛在的遮蔭威脅。除了光信号，植物還可以感覺和響應食草動物和鄰近植物釋放的揮發性有機化合物(VOCs)。在植物被食草動物攻擊時，這些有機化合物被釋放，進而警告周圍的植物采取防禦措施。然而，盡管我們對植物如何單獨響應光信号或揮發性信号有一定的了解，但植物如何整合這兩種不同類型的環境信号尚不清楚。
近期，瑞士伯爾尼大學植物科學研究所的Matthias Erb團隊在Plant Cell & Environment 線上發表了題為“Far‐red light increases maize volatile emissions in response to volatile cues from neighbouring plants”的文章，深入探讨了遠紅光如何調節玉米(Zea mays)對鄰近植物釋放的揮發性信号的感覺和響應。通過精心設計的實驗和先進的技術手段，研究團隊發現了遠紅光能夠顯著增強玉米對食草動物誘導的揮發性化合物的釋放，進而揭示了植物信号整合的新機制。
首先，研究團隊通過調整紅光與遠紅光的比例，模拟自然環境中可能遇到的光照條件。然後，通過使用食草動物誘導的植物揮發性化合物處理水稻，來模拟食草動物的攻擊(圖1a)。此外，研究人員利用自動化高通量揮發性篩選平台和Vocus PTR-TOF-MS系統，詳細測定了不同光照條件下玉米的揮發性化合物排放模式。實驗結果顯示，短期的遠紅光補充顯著增強了玉米對這些揮發性信号的響應，表現為特定揮發性化合物排放的增加(圖1b)。研究還發現，遠紅光通過提高光合作用和氣孔導度(圖2、圖3)，以及增加茉莉酸甲酯水準，促進揮發性化合物的釋放。最後，對phyB1phyB2突變體的分析揭示了光敏色素B(phyB)在調節揮發性化合物排放中的關鍵作用，而短期與長期暴露于遠紅光的不同效應則表明，植物可能通過調整phyB的活性來精細調控其對環境信号的響應。
圖1 遠紅光增強了玉米對食草動物誘導的植物揮發物的反應
圖2 遠紅光增加玉米氣孔導度
圖3 遠紅光增強玉米的光合作用
該研究揭示了遠紅光如何顯著增強玉米對鄰近植物釋放的揮發性有機化合物的響應。實驗表明，短期遠紅光補充提升了玉米的揮發性化合物排放，特别是增加了對食草動物誘導信号的敏感性。這一現象可能通過提高光合作用效率和氣孔導度，以及調節茉莉酸甲酯水準來實作。此外，研究發現光敏色素B在調節這些揮發性化合物的排放中扮演關鍵角色。這些結果不僅增進了我們對植物如何整合光信号和揮發性信号的了解，也為農業中利用這些機制提高作物抗性提供了新的視角。
原文連結：https://doi.org/10.1111/pce.14995
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