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植物間的微妙戰爭：揭秘菟絲子（Cuscuta campestris）如何巧妙適應不同宿主

 

在宿主身上形成網狀構造的菟絲子。圖片來源：維基百科

寄生行為在被子植物中獨立進化了至少十二次。菟絲子屬（Cuscuta）是旋花科中唯一的寄生成員，有大約200種，分佈全球。這些寄生植物通過一種專門的器官（吸器）滲透寄主組織，從而攝取水分、無機鹽和有機化合物。

菟絲子屬的植物，包括菟絲子（Cuscuta campestris），通常被認為具有寬泛的宿主範圍，而非特定的宿主專一性。菟絲子是一種強制性寄生植物，能夠寄生於多種不同的宿主植物上。

但是，菟絲子在不同的宿主植物上，是否會根據宿主的反應而有不同的反應呢？最近的研究，提供了許多有趣的資訊。

研究團隊對於菟絲子與兩種番茄屬植物 (Solanum pennellii 和 Solanum lycopersicum) 的互動進行了轉錄組分析以及細胞壁組成變化的分析。

研究團隊發現，兩種番茄屬植物 (S. pennellii 和 S. lycopersicum) 中，對菟絲子攻擊的反應有顯著差異。研究發現，S. lycopersicum 對菟絲子的入侵作出了防禦反應。在S. lycopersicum 中，寄生感染觸發了細胞壁組成的變化，尤其是與木質素和次生代謝相關的基因表達增加。

研究團隊發現S. lycopersicum 對菟絲子的入侵作出明顯的防禦反應，包括超敏反應和細胞壁組成的變化。研究結果顯示，S. lycopersicum 的基因表達中，細胞週期和細胞骨架組織的相關基因大量下調，顯示宿主在生物合成過程中減少，轉而維持穩態。而與此同時，某些基因（例如與蛋白激酶和G-lectin家族相關的基因）在S. lycopersicum 中被上調，這可能與抵抗菟絲子入侵有關。

另外，在S. lycopersicum 中，菟絲子感染觸發細胞壁組成的改變，尤其是與laccases (AA1) 和 peroxidases (AA2) 相關的基因，在感染初期或後期階段被誘導表達。這些酶可能有助於被攻擊植物組織中木質素和角質的沉積。

研究團隊還發現，在與菟絲子接觸的宿主植物中，甘露聚醣的含量有所增加，這可能是宿主植物對菟絲子攻擊的一種防禦反應。

而從菟絲子這一邊觀察，研究團隊也發現，菟絲子在接觸不同宿主時，其基因表達也有所不同。特別是，在與S. lycopersicum 相互作用時，某些基因的表達比在S. pennellii 中更強烈。另外，菟絲子能夠偵測並對寄主細胞壁中的甘露聚醣進行反應，調整相應的細胞壁降解酶基因的表現。

研究團隊發現，菟絲子在與栽培番茄 （Solanum lycopersicum）相互作用時，會誘導特定的細胞壁降解酶基因，特別是內切β-1,4-甘露聚醣酶（endo-β-1,4-mannanases）的基因。這些基因在菟絲子感染S. lycopersicum的初期階段被強烈而早期地誘導表達。甘露聚醣作為細胞壁的結構組件，同時也是儲存分子，菟絲子通過調節這些降解酶的表達，能夠更有效地侵入和利用宿主植物的資源。

過去認為菟絲子依賴於一種針對所有寄主的共同弱點的感染策略來「打遍天下無敵手」，但是這個研究推翻了這個論點，顯示了一個成功的寄生生物，不一定就是一招半式闖天下，有可能如菟絲子般，對每個宿主發展出不同的策略。

參考文獻：

Thomas Bawin, Alena Didriksen, Corine Faehn, Stian Olsen, Iben Sørensen, Jocelyn K C Rose, Kirsten Krause, Cuscuta campestris fine-tunes gene expression during haustoriogenesis as an adaptation to different hosts, Plant Physiology, Volume 194, Issue 1, January 2024, Pages 258–273, https://doi.org/10.1093/plphys/kiad505
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