Repellent and Attractive Effects of α-, β-, and Dihydro-β-Ionone to Generalist and Specialist Herbivores
- 作者
- L. A. Cáceres, S. Lakshminarayan, K. K.-C. Yeung, B. D. McGarvey, A. Hannoufa, M. W. Sumarah, X. Benitez, I. M. Scott
- 单位
- Agriculture and Agri-Food Canada, London Research and Development Centre; Department of Chemistry, University of Western Ontario; Department of Biochemistry, University of Western Ontario
- 杂志
- Journal of Chemical Ecology（2016）
- DOI
- 10.1007/s10886-016-0669-z
- 所属领域
- 化学生态学
- 关键词
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解决的核心问题
评估α-紫罗酮、β-紫罗酮和二氢-β-紫罗酮对广食性和专食性害虫的驱避或吸引作用，并验证过表达AtCCD1基因能否提高β-紫罗酮释放量从而改变害虫行为。
研究策略
通过过表达AtCCD1基因改造拟南芥，利用动态顶空GC/MS分析挥发物组成，结合双室选择、Y型管嗅觉仪、纸夹生物测定和产卵忌避实验，测试三种结构类似的紫罗酮化合物对黄曲条跳甲、二斑叶螨和银叶粉虱的行为影响。
研究路线图
核心内容
该研究通过过表达AtCCD1基因改造拟南芥，利用动态顶空GC/MS分析挥发物组成，结合双室选择、Y型管嗅觉仪、纸夹生物测定和产卵忌避实验，系统比较了α-紫罗酮、β-紫罗酮和二氢-β-紫罗酮对黄曲条跳甲、二斑叶螨和银叶粉虱三种害虫的行为影响。结果显示，AtCCD1过表达株系的CCD1转录水平比野生型高11至49倍，β-紫罗酮释放量提高4.5倍。行为学实验中，黄曲条跳甲显著回避AtCCD1 L-2株系及β-紫罗酮（0.3 ng/μl），却被二氢-β-紫罗酮显著吸引，α-紫罗酮无显著效果。β-紫罗酮在0.05-0.5 ng/μl浓度范围内对二斑叶螨表现出剂量依赖性驱避效应，且对银叶粉虱的产卵忌避指数显著低于其结构类似物。研究表明，通过调控类胡萝卜素裂解途径增强β-紫罗酮释放可有效驱避多种害虫，但结构类似的二氢-β-紫罗酮反而可能吸引某些害虫，这为基于植物天然挥发物的害虫精准管理提供了重要策略依据。
创新点
首次比较结构类似的紫罗酮类似物对多种害虫的行为差异；首次报道β-紫罗酮对二斑叶螨具有驱避作用和对银叶粉虱具有产卵忌避作用；发现二氢-β-紫罗酮对黄曲条跳甲具有吸引作用。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 拟南芥 (Arabidopsis thaliana ecotype Columbia-0) | 类胡萝卜素降解途径 (carotenoid cleavage pathway) | AtCCD1 | 类胡萝卜素裂解双加氧酶1 (CCD1) | 催化 | 催化类胡萝卜素氧化裂解产生β-紫罗酮等脱辅基类胡萝卜素，过表达后β-紫罗酮释放量显著增加。 |
关键发现
- AtCCD1过表达株系的CCD1转录水平分别比野生型高11、49和22倍
- 转基因植株β-紫罗酮释放量比野生型高4.5倍（d.f.=3, F=18.96, P<0.001）。双室选择实验中，黄曲条跳甲显著回避AtCCD1 L-2株系（P=0.002）。Y型管实验中，跳甲对β-紫罗酮（0.3 ng/μl）表现出显著回避（P=0.002），而被二氢-β-紫罗酮显著吸引（P=0.023），α-紫罗酮无显著效果。β-紫罗酮在0.05-0.5 ng/μl浓度范围内对二斑叶螨有剂量依赖性驱避效应（d.f.=3,36
- F=3.57
- P=0.02）。银叶粉虱产卵忌避指数（ODI）在β-紫罗酮0.05、0.1和0.5 ng/μl处理下分别为-55、-65和-34，显著低于α-紫罗酮和二氢-β-紫罗酮（P<0.001）。
研究结论
通过调控类胡萝卜素途径基因（AtCCD1）可增强植物释放β-紫罗酮，该化合物对多种害虫具有驱避或产卵忌避作用，而结构类似物二氢-β-紫罗酮可能吸引某些害虫，这为利用植物天然挥发物进行害虫管理提供了新策略。