老葉的植物王國

  掛滿菟絲子的植物。圖片來源： 維基百科 。 菟絲子（ Cuscuta 屬，俗稱dodder）是一種寄生植物，沒有根、完全或幾乎沒有葉片，也沒有葉綠體，植株以吸器（haustorium）侵入寄主植物的韌皮部吸取養分。菟絲子不只會侵害樹木，農作物如白花芥、玉米、亞麻等也都會被它侵害。 雖然大部分的植物似乎都只能無奈地被它寄生，但有些品系的番茄似乎有辦法對抗它們。由不同國家的科學家們組成的研究團隊發現，有些番茄具有能辨認菟絲子的受器（稱為菟絲子受器1，Cuscuta receptor 1 [CuRe1]），能辨認出菟絲子，並啟動防禦措施。但是究竟CuRe1是如何辨認出菟絲子的？直到最近才答案揭曉。 最近研究團隊發現，原來CuRe1能辨認出一個位於菟絲子細胞壁上的蛋白質。這個蛋白質有116個胺基酸那麼長，但其中超過四分之一（30個）胺基酸是甘胺酸（glycine），所以被稱為「富甘胺酸蛋白」（GRP，glycine-rich protein）。番茄藉著辨認這個蛋白質來發覺自己即將被菟絲子入侵，從而啟動防禦措施。 未來或許藉由深入研究這個受器，進而改良其他作物，讓它們也能抵禦菟絲子的寄生。 參考文獻： Volker Hegenauer, Peter Slaby, Max Körner, Julien-Alexander Bruckmüller, Ronja Burggraf, Isabell Albert, Bettina Kaiser, Birgit Löffelhardt, Irina Droste-Borel, Jan Sklenar, Frank L. H. Menke, Boris Maček, Aashish Ranjan, Neelima Sinha, Thorsten Nürnberger, Georg Felix, Kirsten Krause, Mark Stahl, Markus Albert. The tomato receptor CuRe1 senses a cell wall protein to identify Cuscuta as a pathogen. Nature Communications, 2020; 11 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-19147-4

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...