據外媒報道，研究人員近日闡明了辣根跳甲這種昆蟲如何通過特殊的“運輸器”來調節植物毒素的積累。當辣根跳甲在它們的宿主植物上進食時，它們不僅吸收了營養物質，而且還吸收了芥子油苷，這是辣根和其他黃銅植物的特有防禦化合物。
利用這些芥子油苷，跳甲將自己變成了一個“芥子油炸彈”，從而阻止了捕食者。來自德國馬克斯-普朗克化學生態研究所的一個研究小組現在已經能夠證明跳甲如何調節芥子油苷在其體內的積累。跳甲的排泄系統中有特殊的“運輸器”，可以防止芥子油苷的排泄。這種機制使辣根跳甲能夠在其體內積累大量的植物毒素，用於自身的防禦。該研究於5月11日發表在《自然通訊》雜誌上。
許多動物使用化學防禦化合物來阻止捕食者。這些防禦化合物要麼由動物本身或動物的共生體產生，要麼從飲食中獲得。從食物中獲取防禦化合物的能力在以有毒植物為食的昆蟲中特別普遍。一個例子是辣根跳甲（Phyllotreta armoraciae），它可以在其體內封存芥子油苷，也被稱為葡糖醇。
“辣根跳甲屬於經濟上重要的昆蟲群，因為幾個Phyllotreta物種是作物害蟲。這種跳甲可以積累大量的宿主植物葡糖醇，它至少部分地通過排泄物來調節體內葡糖醇的水平和組成。這表明Phyllotreta armoraciae擁有非常有效的運輸和儲存機制，我們想揭示這一點，”第一作者楊志玲解釋了這項新研究的目標。
儘管人們早就知道辣根跳甲和相關物種可以積累葡萄糖苷酸，但跳甲如何在體內吸收和儲存大量的這些物質還不得而知。因此，研究小組的目標是在這種昆蟲中確定葡萄糖酸酯的運輸器。“尋找這些轉運體簡直就像在乾草堆里找一根針，”Beran回憶說，“我們在這種甲蟲的腸道和排泄系統中發現了1401種推定的膜轉運體。將我們的搜索範圍縮小到對辣根跳甲特有的轉運體，幫助我們確定了一組葡萄糖醛酸特有的轉運體。”
這些葡萄糖酸酯轉運體位於排泄系統中，即所謂的馬爾皮基氏小管。昆蟲的馬爾皮基氏小管的功能與脊椎動物的腎臟功能相似。科學家們通過使用RNA干擾來確定所確定的轉運器的功能，這種方法是減少感興趣的基因的表達，以確定其在生物體內的功能：“我們沉默了定位在馬爾皮基氏小管中的幾個轉運器基因的表達，發現這些跳甲比基因表達正常的對照組甲蟲排出更多的葡糖醇。由於較高的排泄率，跳甲體內的防禦化合物水平下降了。”楊志玲總結說：”我們的研究首次確定了馬爾皮基氏小管中使昆蟲能夠積累植物防禦化合物的運輸器。
通過他們的研究，研究人員表明，封存是一個複雜的過程，遠不止是將植物的代謝物吸收到動物的體內。封存的昆蟲必須調整它的整個生理結構，以利用植物防禦化合物進行自身的防禦。這些適應性是由其環境中的挑戰驅動的：捕食者、寄生蟲和病原體。“封存可能是食草昆蟲進化出的最複雜的適應性之一。”Beran說：“它最肯定的是也有助於專攻某些宿主植物的昆蟲的進化成功，例如辣根跳甲。”
Beran的團隊現在想確定參與封存的其他“運輸工具”。科學家們還想知道葡萄糖苷酸為辣根跳甲的哪些天敵提供保護。對辣根跳甲如何封存毒素以及對其與環境中其他生物的生態互動的影響的進一步了解，將提高對這種害蟲的認識，並可能最終導致更好的控制策略。