研究发现叶甲利用色氨酸破解杨树化学防御

植物的主要化学防御依赖于一系列天然产物，作为回应，植食性昆虫进化出了多样的抗性机制。黑杨含有丰富的酚类代谢产物，其中最主要的是原花青素、羟基肉桂酸酯和水杨苷类化合物（酚类糖苷）。水杨苷类化合物在黑杨叶片中含量很高，其浓度可达叶片干重的15%以上。然而，许多杨树植食性昆虫，如专食杨树的叶甲——杨叶甲，却偏好取食水杨苷类化合物浓度达到峰值的幼嫩叶片。这种行为特化表明它们具备有效代谢这些防御化合物的能力，这也给黑杨人工林造成了重大的经济损失。

为揭示其背后的机制，中国科学院昆明植物研究所等团队合作，以杨叶甲为模型系统，采用同位素标记结合靶向/非靶向LC-MS代谢组学，并辅以结构表征的方法，追踪并确证salicortin的代谢途径。研究发现，杨叶甲能够利用必需氨基酸色氨酸及其分解产物，与水杨苷代谢物水杨醇形成新型结合物，最终通过虫粪排出体外。水杨醇及其结合物对杨叶甲无毒害作用，类似代谢途径在其他杨树食草昆虫中也得到证实，尤其是在亲缘关系较远的杨树植食昆虫Laothoe populi和Saperda carcharias体内检测到结合物，这表明了色氨酸辅助解毒机制的趋同进化。而鞘翅目的Saperda carcharias与鳞翅目的Laothoe populi在进化上已分离超过3亿年，该发现表明，这一代谢性状是独立起源的。

进一步的肠道微生物实验分析表明，色氨酸代谢物—水杨醇结合物的形成不依赖肠道微生物，表明杨叶甲体内的酶可能参与了结合物的形成。因此，该研究说明植食昆虫产生此类物质可能是其适应高水杨苷防御化合物饮食的关键策略，也为研发靶向抗虫剂以保护柳科植物提供了新思路。

相关研究工作以Leaf beetles employ tryptophan to detoxify the chemical defenses of poplar trees为题，发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。研究工作得到云南省科技厅、云南省“兴滇英才支持计划”等的支持。

研究发现叶甲利用色氨酸破解杨树化学防御