日本埼玉大學研究生院理工學研究科的荒谷優裏（研究生）、上村卓矢博士研究員、萩原拓真（研究生）、豐田正嗣教授等人組成的研究團隊，與山口大學的松井健二教授共同研究，成功將植物受到相害作用時釋放出的氣味被附近植物感知後瞬間產生的鈣訊號（Ca2+）視覺化。研究人員使用含有遇到Ca2+ 時就會發出明亮綠光的生物感測器擬南芥，發現植物被割傷時釋放出的成分在揮發一分鐘左右時被臨近的擬南芥感知後產生Ca2+，從而引發集體防禦反應以因應接下來的攻擊。相關成果已刊登在國際學術雜誌《Nature Communications》10月17日刊上。
圖1. 利用氣味物質進行植物間交流（供圖: 埼玉大學豐田正嗣教授）
當被昆蟲攻擊的植物釋放出的氣味物質（如綠色氣味）被附近的植物感知到時，即使它們沒有受到直接攻擊，也會做出防禦反應來因應接下來對自己的攻擊。
雖然植物間的交流早有報導，但植物是如何感知氣味的卻不清楚。
此次，研究人員利用了螢光生物感測器因細胞内Ca2+濃度擧升而發出明亮光現象。使用表達螢光生物感測器的擬南芥，研究了感知氣味的植物產生該訊號的視覺化情況。
當向擬南芥植物噴灑遭受幼蟲食害時植物釋放出的氣味時，它們的葉子開始相繼發出亮光。
另外，分析植物釋放出的綠色香氣、萜類、茉莉花酸類等發現，屬於綠色香氣的青葉醛的（Z）-3-己烯醛和（E）-2-己烯醛不僅具有Ca2+訊號，還具有電訊號，同時還發現鈣訊號是緊迫反應防禦基因表現所必需的。
在細胞水平上觀察Ca2+訊號，發現綠色氣味開始擴散到空氣中約一分鐘後，該訊號開始在氣孔中產生，然後在葉肉細胞中產生，約5分鐘後，在表皮細胞中也觀察到了該訊號。
研究人員認爲，植物被昆蟲喫掉時散發出的綠色氣味透過附近植物的氣孔進入葉片内部，並在葉肉細胞等處產生Ca2+訊號，從而提高對昆蟲的抵抗力。
豐田教授表示「使用揮發性物質進行的實驗很容易受到實驗室溫度和風的流動等的影響，爲了得到穩定的結果，需要慎重地確定研究條件。研究生荒谷優裏花了三年多的時間來建立顯微鏡系統，最終將植物間利用氣味物質相互交流資訊的瞬間影像化。植物雖然沒有嗅覺，但它們有能感知氣味物質的接受者。今後，我們希望明確植物感知氣味的機制。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Nature Communication
論文：Green leaf volatile sensory calcium transduction in Arabidopsis
DOI：10.1038/s 41467-023-41589-9
