人參（ginseng）根圈的秘密武器

 

人參。圖片來源：維基百科

人參是珍貴的補品，一向被認為可以補中益氣。傳說快往生的人如果給他喝點參湯，往往可以多活一小段時間，得以讓遠道而來的至親見上最後一面。但是，人參還有其他奇妙的東西喔！最近中國的研究團隊，在人參的根圈發現了一隻被暱稱為G7的鏈黴菌（Streptomyces ginsengnesis G7），這隻鏈黴菌可以產生一個具有多種功能的化合物！

一開始研究團隊是對於人參根圈的菌群組成感到好奇。所謂的「根圈」（rhizosphere）指得是根部表面及其周圍幾毫米到幾厘米的土壤區域，其大小會因為植物的根系結構（深根型植物會比較大）、根分泌物的多寡（分泌物多的比較大）、土壤類型（疏鬆、通氣的土壤中，根分泌物可能更容易擴散，就會形成比較大的根圈）、環境條件而有變化。

在根圈中，植物根部會分泌出各種化學物質，這些物質可以吸引有益的微生物，如細菌和真菌，它們可以幫助植物更好地吸收營養，有的甚至能夠將空氣中的氮氣轉化為植物可以利用的形式，也可以抵抗那些可能造成病害的有害微生物。這樣，根圈就成了一個充滿活動的地方。

根圈的交流不僅限於植物和微生物之間。根圈中的物質也會影響土壤的結構和營養狀態，進而影響整個生態系統中的生物多樣性和健康。簡而言之，根圈是植物和周圍微生物相互作用的一個熱點，是自然界中一個複雜且精彩的互助社區，對於維持生態系統的健康和平衡至關重要。

研究團隊透過篩選找到G7這隻鏈黴菌。由於這類的菌是已知的天然產物和次級代謝產物的豐富來源，這些物質在醫藥和農業上具有重要應用價值。G7作為一個從人參根圈分離出來的菌株，其潛在的生物活性物質，特別是對植物生長有影響的代謝產物，引起了他們的興趣。

結果他們發現，G7可以產生許多不同的化合物，其中屬於聚酮類的利迪卡黴素（lydicamycins）不僅具有抗生素的作用，也能作為作物保護中的除草劑。

研究團隊發現，在利迪卡黴素的影響下，阿拉伯芥的生長受到抑制。進一步的分析顯示，阿拉伯芥根部的生長素分布發生改變。在利迪卡黴素處理後，生長素在根尖的分布不再集中，導致生長素濃度梯度被破壞。

另外，他們也發現利迪卡黴素影響了生長素運輸蛋白（如PIN蛋白）的表現和定位。PIN蛋白是生長素運輸的關鍵蛋白，負責生長素的細胞間運輸。在利迪卡黴素的作用下，PIN蛋白的表達水平和在細胞中的位置發生改變（如PIN2本來應該在細胞的近根尖端，但是卻消失了），導致生長素運輸受阻。

生長素梯度和運輸的變化對根部的生長和發育造成直接影響，如主根生長受抑制、根毛密度增加以及根尖細胞分裂活性下降。這些變化共同導致了阿拉伯芥根部生長的總體抑制。 另外，研究團隊也發現它可以抑制灰黴菌（Botrytis cinerea）這種重要的植物病原菌，意味著利迪卡黴素不僅可以做為除草劑，還有做為抗生素的潛力。

總而言之，利迪卡黴素透過這些機制抑制阿拉伯芥生長的發現，展示了植物-微生物相互作用在植物生長調控中的複雜性和重要性，並為開發新型生物農藥和生長調節劑提供了理論基礎。

參考文獻：

Jiaquan Huang, Xiaojie Li, Xuanlin Zhan, Shiyu Pan, Chao Pan, Jixiao Li, Siting Fan, Liner Zhang, Kehan Du, Zhiying Du, Jiayu Zhang, Han Huang, Jie Li, Heqian Zhang, Zhiwei Qin, A Streptomyces species from the ginseng rhizosphere exhibits biocontrol potential, Plant Physiology, Volume 194, Issue 4, April 2024, Pages 2709–2723, https://doi.org/10.1093/plphys/kiae006