Deceptive Ceropegia sandersonii uses an arabinogalactan for trapping its fly pollinators

IF 8.1 1区生物学 Q1 PLANT SCIENCES New Phytologist Pub Date : 2025-04-20 DOI:10.1111/nph.70144

Philipp Feichtlbauer, Mario Schubert, Caroline Mortier, Christof Regl, Peter Lackner, Peter Briza, Klaus Herburger, Ulrich Meve, John W. C. Dunlop, Michaela Eder, Stefan Dötterl, Raimund Tenhaken

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具有欺骗性的沙氏角翅虫用阿拉伯半乳虫诱捕传粉昆虫

大约1.3亿年前，被子植物开始出现(Crane et al., 1995；Magallón et al., 2015)，从那时起，减少或调节昆虫附着的表面已经进化。这些表面通常保护植物免受食草动物的侵害，而欺骗性的诱捕花和食肉植物利用这些表面诱捕昆虫(Poppinga et al., 2010；Bröderbauer et al., 2012)，分别用于授粉和作为食物来源。植物通过各种机制降低昆虫附着在其表面的能力，如表面雕刻、污染和/或滑水。通过表面纹理的抗粘附性是通过凸状、圆顶状、乳头状或板状细胞来实现的，这些细胞会产生粗糙度（Poppinga等人，2010）。植物表面细胞的这种排列方式，由于没有提供足够的边缘或脊，使昆虫的爪子无法成功锁定(Juniper et al., 1989；沃格尔和马顿斯,2000)。此外，这些表面也大大减少了昆虫脚垫粘附的总体接触面积，从而降低了可能的粘附力(Gorb &amp；戈尔博,2002;Gorb et al., 2005；Poppinga et al., 2010)。月状细胞或小毛状体的各向异性排列也可以达到同样的效果(Juniper et al., 1989；gameet al., 2002；Poppinga等，2010；戈尔博,戈尔博,2011;Bauer et al., 2012)。虽然所有这些表面类型都在微观尺度上减少了接触面积，但三维表皮蜡的形成在纳米尺度上减少了接触面积(Gorb, 2001；戈尔博,戈尔博,2017)。这是通过径向脊实现的(见Bohn &amp；Federle, 2004)在植物表面通过叠加蜡晶体或角质层褶皱(Bohn &amp；Federle, 2004;pr<s:1>等人，2012；Surapaneni et al., 2021)等。通过干扰昆虫脚垫的粘接特性来实现污染的抗粘接特性(Knoll, 1914；Poppinga et al., 2010)。在这里，表皮蜡层显示丝状或管状晶体(Federle et al., 1997；gameet al., 2004；Borodich et al., 2010)或血小板(Juniper et al., 1989；gameet al., 2004；Gorb et al., 2005；Purtov et al., 2013)，两者都很容易折断植物表面，附着在昆虫的粘性脚垫上，从而污染脚面。另一种减少昆虫附着的策略是通过植物表皮上的高多孔蜡层吸收昆虫在脚垫上产生的黏附液体(Gorb等人，2017；戈尔博,戈尔博,2017)。脚垫的附着力也可以通过植物表面的水或脂肪油膜而受到干扰(Knoll, 1922；建议,Federle, 2004)。这些可以直接减少附着力，也可以污染昆虫的脚。有些植物甚至可以结合以上描述的一种以上的特征来提高它们的抗粘合性能。在这些植物中，有欺骗性的壶陷花（Ceropegia stapeliiformis Haw）。（Vogel, 1965）和Ceropegia sandersonii Decne。钩。f.(沃格尔，1961；Heiduk等人，2020)，花冠叶表皮具有凸外壁，顶部是乳头，在其尖端分泌单个小液滴。当昆虫的脚垫接触到液滴时，它会立即附着在脚垫上，使脚垫失去功能（Vogel, 1965）。Ceropegia（夹竹桃科）的花冠在其基部（口孔）形成一个壶状结构，随后是筒状花冠和自由花冠尖，然而，像C. sandersonii一样，花冠尖经常再次聚集在一起，融合的花冠尖形成一个伞状结构，“盖”在花冠上(Vogel, 1965；图1 a, b)。在这个物种中，窃寄生蝇传粉者被它们模仿苍蝇猎物（蜜蜂）的气味吸引到花上（Heiduk等人，2016）。气味是由花冠底部特定区域的渗透孔中的花朵产生的（图1a，b）。在渗透团之间是滑行区（图1b）。在中心，紫黑色的“小舌”（图1a）突出成一个锥形结构，代表帽的五个滑动区域的中心融合端（参见Heiduk et al., 2020）。1 .打开图查看器powerpoint：一株沙石花和一只传粉的苍蝇。(a)花的功能单位。(b)花冠帽的下侧由渗透层(O)和滑行区(G)组成（见Heiduk et al., 2020）。(c)有圆锥形表皮细胞的滑动区，每个表皮细胞有刚毛状中央突起，顶端有液滴。(d)冷冻扫描电镜图像显示滑动区的六边形细胞。(e)异花蝇传粉者，其前腿尖端有凝固的液滴，头部有一个传粉器（P，传粉器）。(f)带黏附垫和爪的Desmometopa跗骨（扫描电子显微镜）。(g)被凝固液滴污染的假蝇跗关节。传粉者降落在花上，通过五个开口中的一个进入花冠，当移动到滑行区时，滑倒并滑下漏斗，最终暂时被困在水壶里，那里向下的尖毛阻止了它们的逃脱（Vogel, 1961）。授粉后，毛发状的诱捕机制失去功能，使苍蝇得以逃脱，并有可能为另一朵花授粉（Vogel, 1961）。这种复杂的授粉机制已经从一些关键角度进行了研究，最近的研究主要集中在花的发育（Heiduk et al., 2020）和渗透孔产生的气味的化学性质及其在吸引和欺骗传粉者方面的重要性（Heiduk et al., 2016）。在滑翔区液滴的化学和物理方面仍然存在许多问题。似乎飞沫以某种方式污染了传粉者的脚（Vogel, 1965）。为了更好地了解控制液滴功能的分子和物理机制，我们详细研究了在桑桑花的滑翔区发现的液滴在与传粉昆虫的脚垫接触时的行为。由于这些液滴的亚稳态性质，使得详细的物理表征非常困难，我们主要集中在表征液滴的化学成分，这可能有助于进一步了解功能。收集液滴以分析其化学成分。我们的数据显示，这些液滴由一种水溶性阿拉伯半乳聚糖聚合物组成，它固化在传粉昆虫的脚上，通过污染它们来干扰昆虫脚垫的粘附特性。

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期刊介绍： New Phytologist is an international electronic journal published 24 times a year. It is owned by the New Phytologist Foundation, a non-profit-making charitable organization dedicated to promoting plant science. The journal publishes excellent, novel, rigorous, and timely research and scholarship in plant science and its applications. The articles cover topics in five sections: Physiology & Development, Environment, Interaction, Evolution, and Transformative Plant Biotechnology. These sections encompass intracellular processes, global environmental change, and encourage cross-disciplinary approaches. The journal recognizes the use of techniques from molecular and cell biology, functional genomics, modeling, and system-based approaches in plant science. Abstracting and Indexing Information for New Phytologist includes Academic Search, AgBiotech News & Information, Agroforestry Abstracts, Biochemistry & Biophysics Citation Index, Botanical Pesticides, CAB Abstracts®, Environment Index, Global Health, and Plant Breeding Abstracts, and others.