植物如何避免殺了自己？

 

煙草天蛾的幼蟲。圖片來源：維基百科。

不同的植物會合成不一樣的次級代謝物（secondary metabolite），而這些次級代謝物大部分的功能都是為了抵禦外敵。但是植物在合成它們以後，怎麼防止這些有毒物質反過來毒殺自己呢？

過去的研究發現，有些植物會先合成不含毒性的前驅物。這些前驅物在遇到特定的酵素時，會被分解並成為有毒的產物。而植物便將前驅物與酵素分別儲存在細胞內不同的位置裡。當細胞因為被啃咬而被弄破時，前驅物與酵素便會相遇，產生有毒的化合物。

最近的研究發現，有些植物會合成對自己無毒，但對掠食者有毒的化合物。在一種野生煙草（Nicotiana attenuata）中，含有大量的17-羥基香葉甘油二萜糖苷（17-HGL-DTG，17-hydroxygeranyllinalool diterpene glycosides）。這個化合物可以抑制煙草天蛾（Manduca sexta）幼蟲的生長。

17-HGL-DTG的合成包括了許多酵素。其中有兩個細胞色素P450牽涉到將香葉甘油（geranyllinalool）羥基化（hydroxylation）為17-HGL。研究團隊將這兩個細胞色素P450給沉默掉以後發現，幾乎不表現這兩個酵素的煙草出現自體毒性的病徵，甚至無法產生種子。深入研究發現，這些煙草的鞘脂（sphingolipid）受到攻擊。

這是否也意味著17-HGL-DTG也是攻擊煙草天蛾幼蟲的鞘脂呢？分析發現的確是這樣的。而用幾乎不表現這兩個酵素的煙草來飼養煙草天蛾幼蟲，發現這些幼蟲長得比用野生種煙草的要好。

所以，植物在合成這些次級代謝物的過程中，也是要很小心的控制哪裡要怎樣修飾。若一不小心合成了對自己有毒的代謝物，反過來毒殺自己，就得不償失了。

參考文獻：

Jiancai Li, Rayko Halitschke, Dapeng Li, Christian Paetz, Haichao Su, Sven Heiling, Shuqing Xu, Ian T. Baldwin. Controlled hydroxylations of diterpenoids allow for plant chemical defense without autotoxicity. Science, 2021; 371 (6526): 255 DOI: 10.1126/science.abe4713