植物資助盟友打擊敵人

 

核盤菌引起的疾病。圖片來源：維基百科

植物在被吃的時候，會招來打手、殺死敵人，這已經不是新聞了。今天要跟大家分享植物的另一個特殊技能：資助盟友打擊敵人。

我們的主角是「核盤菌」（Sclerotinia sclerotiorum）。核盤菌是一種真菌，能夠感染超過700種植物，造成農業上嚴重的損失。但是，這種真菌也會生病，比方說，被病毒感染。

有一類的病毒，被稱為「弱毒病毒」（HAVs，Hypovirulence-associated mycoviruses），當它們感染核盤菌時，會使得核盤菌變弱。這意味著，我們可以運用這類的病毒來殺死核盤菌。

但是，科學家們觀察到，這類的病毒在植物裡面（in vivo）散播的速度比在試管裡面（in vitro）要快得多。到底是什麼原因造成的呢？

由於真菌病毒的傳播主要是靠著菌絲融合，而核盤菌有所謂的「營養不親和性」（VIC，Vegetative incompatibility），這個現象會影響到真菌病毒的傳播能力。

營養不親和性又稱為異核不親和性（Heterokaryon incompatibility），是一種普遍存在於絲狀真菌中的現象。當遺傳上不相容的真菌菌株接觸時，會觸發非我識別反應，阻止後續的菌絲融合。這種現象在自然環境中除了可以增強了生物體的適應性，還能夠限制有害因子（包括真菌病毒）在真菌菌株之間的傳播。

另外，研究團隊注意到，當植物被核盤菌感染時，會分泌脯胺酸（proline），且隨著感染的發展，脯胺酸的量愈來愈多。他們發現，脯胺酸可以靠著抑制一些與真菌非我識別反應相關的基因的表現，來降低真菌的非我識別反應。這些基因的缺失，會導致真菌病毒傳播率增加。

所以，脯胺酸會不會就是讓HAVs在植物細胞內可以快速傳播的關鍵因子呢？為了證明這個想法，他們使用了一種無法正常產生脯胺酸的阿拉伯芥突變株（p5cs2）。結果發現突變株在感染核盤菌後，真菌病毒的傳播率顯著降低。在添加脯胺酸後，真菌病毒的傳播率恢復到與野生種植物相似的水平。另外，當他們在添加脯胺酸的培養基上培養核盤菌，結果發現脯胺酸能促進真菌菌絲融合，增加真菌病毒在不同菌株間的傳播效率。

透過這些實驗結果，研究團隊認為：植物在核盤菌感染後脯胺酸的合成會增加，透過它來抑制真菌的非我識別反應，從而促進了弱毒真菌病毒（HAVs）的傳播。

總而言之，這個研究發現了植物以相關因子來促進真菌病毒傳播的機制，並提出了一種新的植物防禦機制：靠著資助盟友來打擊敵人。植物透過產生脯氨酸來削弱 VIC反應，從而降低真菌對真菌病毒的抵抗力，讓病毒得以攻城掠地、打敗宿主真菌。此外，研究結果也強調了真菌病毒在自然生態系統中生存和傳播的機制，並突出了在田間條件下應用真菌病毒進行真菌病害防治的潛力。

參考文獻：

Hai, D., Li, J., Jiang, D. et al. Plants interfere with non-self recognition of a phytopathogenic fungus via proline accumulation to facilitate mycovirus transmission. Nat Commun 15, 4748 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-49110-6