与野生型(左)相比，突变植物(右)对昆虫攻击具有高度抗性，代价是生长缓慢。

保卫还是成长?植物可以同时做两种吗?密歇根州立大学的科学家可能正在接近回答这些问题。答案很重要。他们有朝一日可以帮助我们了解自然生态系统或帮助农民提高产量，同时不增加对化学品的依赖以抵抗害虫。

MSU-DOE植物研究实验室的Gregg Howe实验室对一种植物进行了基因调整，使其对昆虫的攻击具有很强的抵抗力。但成为这样一个堡垒会损害其增长和生育能力。该研究发表在美国国家科学院院刊上。

这些发现似乎支持了一种长期存在的范式，称为增长 - 防御权衡。它是这样的：植物以固定的能量预算工作。因此，他们根据需要优先考虑资源使用情况。如果他们在增长上投入更多精力，他们的防御就会受到影响。另一方面，拥有更多的防御能力会对增长造成不利影响。

植物本质上似乎遵循这个一般规则。当受到干旱，疾病或害虫的压力时，植物会产生防御性反应，这通常会使生长减缓到爬行状态。但是，如果植物必须快速生长，例如与邻居争夺光明，他们的防御就会被削弱。

“我们的研究证明，大规模的防御投资必然会减少原本可用于增长和生殖健康的资源量，”Howe实验室研究生郭强说。

该研究的重点是针对食草动物的防御系统，这些食草动物依赖植物作为住所和食物。如果毛毛虫开始在叶子上咀嚼，系统就会产生毒素来阻止它。但是在没有危险的情况下，该工厂用一组13种阻遏蛋白(称为JAZ)关闭其防御系统，这种蛋白质为了节省能源而制动防御。

作为Howe实验室的前博士后，吉田由纪(Yuki Yoshida)遗传育种了一种缺失这13种阻遏蛋白中的10种的植物。结果是一个工厂处于连续超速防御模式。

“即使在没有威胁的情况下，它也不断生产防御化合物。正如所料，它对昆虫具有很高的抵抗力，”郭说。“释放这种防御武器还可以防止针对植物组织的真菌。”

植物也必须平衡预算

唉，如果没有那么强大的工厂会产生可怕的后果......“那就是JAZ。”

“与野生型相比，它们的增长速度要慢得多。我们可以逐步看到并衡量每天增长率的不足。”

这些植物也具有强烈的繁殖成功率。它们产生的种子减少了1/3，这些种子比平时发芽更晚。种子往往更小，质量更低，营养脂肪含量低，脂质不同。

该团队排除了光合作用 - 这就是植物获取能源的方式 - 受到了损害。进入Howe实验室的博士后Ian Major。

“变异植物从光合作用中获得与其野生天然对应物相同数量的能量化合物，”梅尔说。“然而，它消耗的能量比平时多。我们认为该工厂正在推动大规模和持续生产的防御化合物，从而使资源远离增长。

郭补充说，高能量的使用使植物的营养物质匮乏。“它没有足够的能量来最佳地执行其他功能，如增长”他补充道。“为了说明这一点，我们给植物喂食了糖，一种燃料来源，它部分恢复了它的生长。”

“我们的结论是，当攻击威胁较低时，JAZ蛋白质通过驯服它们的防御来帮助植物生长和繁殖，从而节约能量。根据威胁的严重程度，JAZ蛋白质将根据需要拨打防御，也许就像一个可调光开关，“少校说。

该研究小组强调了吉田博士十年来逐一淘汰JAZ蛋白的重要性。“当我们告诉他这是一个高风险，困难的项目时，他忽略了我们很多人。但现在，我们有了新的思考植物的方法以及我们如何以新的和有用的方式结合植物性状，”Major说。

这项工作由能源部基础能源科学办公室 - 物理生物科学计划资助。