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植物之間的「耳語」...

看過菟絲子(Cuscuta spp.)嗎?這種寄生植物喜歡把它長長的莖纏繞在其他植物上,然後再將它的吸器(haustorium)插入植物的莖來吸取養分。嚴重時可以使寄主植物死亡呢!

菟絲子。圖片來源:維基百科
不知道大家有沒有想過,為何被寄生的植物就那麼乖都不抵抗呢?雖然我們也會看到植物被小花蔓澤蘭爬滿而死亡,但是小花蔓澤蘭並不是寄生在植物上,所以植物大概也不知道要如何抵抗吧!但是菟絲子可是會侵入寄主植物的,怎麼植物都不知道要抗議呢?

最近維吉尼亞理工學院(Virginia Tech)的研究團隊發現,原來菟絲子在寄生的時候,會將自己的信息RNA(messenger RNA)送入寄主;而寄主也會送一些自己的信息RNA給菟絲子喔!

怎麼發現的呢?研究團隊利用菟絲子的吸器只會朝寄主莖的中間深入,而不會遍佈寄主全身的這個特性,挑選了三個部位,分離出它們的mRNA:

圖片來源:Science
如上圖A,這三個部位分別是:寄主的莖(HS)、寄主的莖與菟絲子的接觸部位(I)、以及靠近寄主的菟絲子的莖(PS)。照理說,既然菟絲子不會遍佈寄主全身,那麼HS就不可能會有菟絲子的信息RNA了。

分離出信息RNA之後,因為信息RNA並不穩定,所以研究團隊利用反轉錄酶(reverse transcriptase),將信息RNA先反轉錄為互補DNA(complementary DNA),然後再將互補DNA進行分析。研究團隊為了後續分析方便,還將這些互補DNA做成「互補DNA文庫」(cDNA libraries)。

將文庫內的互補DNA定序並仔細地分析與比較後,研究團隊發現,菟絲子會把自己的信息RNA送進寄主的組織中,而寄主也會把自己的信息RNA送給菟絲子(見上圖B)。也就是說,寄主跟寄生生物之間,有「交談」發生喔!

寄生生物會送自己的信息RNA、甚至DNA到寄主的體內,這並不是先例;許多病毒在感染寄主的時候都會做這樣的事情;而農桿菌(Agrobacterium tumefaciens)在感染植物時,也會將自己的一段DNA送到植物體內。但是被寄生的生物將自己的信息RNA送到寄生生物體內,這倒是第一遭呢!

究竟它們在「談」什麼呢?目前大概的分析顯示,最大宗的分別是跟代謝有關的基因,以及對刺激作出反應的基因。但是到底它們談話的詳細內容是什麼?研究團隊說,請大家期待「續集」喔!

參考文獻:

Gunjune Kim, Megan L. LeBlanc, Eric K. Wafula, Claude W. dePamphilis, James H. Westwood. 2014. Genomic-scale exchange of mRNA between a parasitic plant and its hosts. Science. 345(6198):808-811.DOI: 10.1126/science.1253122

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