跳到主要內容

植物如何避免自體免疫反應?

 

水稻。圖片來源:維基百科

動物有免疫系統,而動物的免疫系統設置了一些防止發生自體免疫反應的方法;植物的免疫系統是否也有防止植物發生自體免疫反應的方法呢?

最近對水稻免疫的研究,有了一些有趣的發現。

這次我們的主角是一個稱為OsCERK1的受體激酶(receptor kinase)。說它是受體激酶,意味著這個分子可以偵測到某些分子(在這裡是真菌的幾丁質與細菌的肽聚糖),然後去磷酸化下游的分子,啟動(防禦)反應。

研究團隊發現,水稻裡還有另一個分子,稱為OsCIE1。OsCIE1會泛素化(ubiquitination)OsCERK1,讓OsCERK1的激酶活性下降。

而OsCIE1主要發揮功能的時機,就是在沒有病原體(真菌或細菌)入侵的時候。這時候的OsCIE1會經由泛素化OsCERK1,讓OsCERK1不會去磷酸化別人,造成自體免疫反應。

研究團隊怎麼會找到OsCIE1的呢?原來他們是利用免疫沉澱發現OsCIE1會跟OsCERK1發生互動。進一步使用酵母雙雜交試驗,也確認了它們之間的關係。

但是,不論是免疫沉澱或酵母雙雜交試驗,都是活體外的測試,與活體的情況還是有所不同。於是,研究團隊生成了OsCIE1突變株,結果少了這個基因的水稻,出現了過度的免疫反應:氧化還原反應增強、抗病能力提升。另外,這個突變株的MAPK(位於OsCERK1下游的激酶)在沒有幾丁質處理的狀況下有活化的現象,說明了OsCIE1的確會抑制這條防禦路徑。

序列分析發現OsCIE1是一個泛素連接酶,也就是說,它會把泛素(ubiquitin)這個小小的蛋白質連接到其他的蛋白質上面。

所以,OsCIE1會不會泛素化OsCERK1呢?研究團隊利用了體外泛素化試驗,初步證明了OsCIE1的確會泛素化OsCERK1,然後,讓水稻表現更多的OsCIE1後,發現OsCERK1的泛素化增加了。

許多蛋白質在被泛素化之後,都會被送到26S蛋白質體去分解。那麼OsCERK1被泛素化之後會不會被分解呢?

答案是:不會。研究團隊用環己醯亞胺(cycloheximide)來抑制蛋白質的合成,看看OsCERK1會不會減少。結果發現OsCERK1的半衰期沒有什麼明顯的變化,顯示OsCERK1被泛素化之後並不會被快速分解掉。

如果沒有被分解,泛素化對蛋白質的另一個影響就是讓蛋白質失去活性。於是研究團隊看看到底OsCERK1的受質OsRLCK185有沒有什麼變化。結果發現,當OsCERK1被泛素化之後,OsRLCK185磷酸化的程度降低了,意味著泛素化的OsCERK1的激酶活性下降了。

有趣的是,在野生種原生質體中,當研究團隊用幾丁質處理後,OsCERK1的泛素化就降低了。進一步的研究發現,當OsCERK1被幾丁質活化後,它不僅會磷酸化位於自己下游的OsCERK1,還會去磷酸化在和平狀態時負責抑制它的OsCIE1。這其實很有趣,在和平時期OsCIE1負責抑制OsCERK1,而在戰爭時期OsCERK1不但會活化自己的國防部門,還會叫OsCIE1這個監察部門「閉嘴」!

透過了解水稻這幾個基因之間的互動,我們對水稻的免疫機制有了更進一步的了解,也對複雜的生物世界有了更進一步的認識!

參考文獻:

Wang, G., Chen, X., Yu, C. et al. Release of a ubiquitin brake activates OsCERK1-triggered immunity in rice. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07418-9

留言

這個網誌中的熱門文章

關於蕃薯,你知道你吃的是什麼品種嗎?

蕃薯( Ipomoea batatas )從臺灣人的主食、轉變為副食、又轉變為飼料,最後在養生的風潮下,再度躍上餐桌,成為美食,可有人關心過,我們吃的蕃薯是什麼品種嗎? 圖片來源: 農委會 上面這張照片裡的蕃薯,中間的TN57與TN66,就是台農57號與台農66號,是臺灣最受歡迎的兩種蕃薯喔! 台農57號在1955年由嘉義農試分所將日治時代培育出的台農27號與南瑞苕種(Nancy hall)雜交育成。它黃皮黃肉,目前還是全臺灣產量最大的蕃薯。口感鬆軟,適合烤、煮食或製作薯條。主要產地在雲林、台南、高雄。適合在四~十月間種植。台農57號還曾經隨著農技團飄洋過海到史瓦濟蘭去,協助他們解決糧食問題呢! 至於台農66號呢,就是所謂的紅心蕃薯啦!台農66號是1975年也是由嘉義農試分所選出,1982年正式命名。它是目前栽植最普遍的食用紅肉番薯。在臺灣,幾乎全年皆可栽種,秋冬作五個月可收穫,春夏作四個月就可以收穫囉! 最右邊的台農73號,就是現在所謂的「芋仔蕃薯」啦!它是在1990年以台農62號(♂)x清水紫心(♀)雜交後,在2002年選拔出優良子代CYY90-C17,並於2007年正式命名。由於肉色為深紫色,所以得到「芋仔蕃薯」的暱稱。本品種富含cyanidin 及peonidin 等花青素,具抗氧化功用。 至於常吃的蕃薯葉,則是以桃園2號與台農71號為主,這兩種葉菜蕃薯都不用撕皮就可以直接煮來吃,而且莖葉不易倒伏,方便農民採收喔! 如果您愛吃的是蕃薯的加工食品,如蕃薯餅、蜜蕃薯、蕃薯酥,其實他們大多也是用台農57號與66號來加工的喔! 參考文獻: 蔡承豪、楊韻平。2004。臺灣蕃薯文化誌。貓頭鷹出版。 行政院農委會。 甘藷主題館 。

秋葵(Abelmoschus esculentus)

秋葵。圖片來源: wiki 在杜蘭大學(Tulane University) 讀書時,大學旁邊的「慈善醫院」(Charity Hospital)的餐廳週一固定有的是紅豆飯(red bean and rice),週五則是秋葵濃湯(Gumbo)。 秋葵濃湯的主要材料是秋葵(okra, Abelmoschus esculentus ),還有海鮮。窮學生買不起什麼海鮮,週五吃到秋葵濃湯就覺得很豐盛了。 最近看書,才知道原來秋葵濃湯是源自於當年被抓到美國的黑奴的家鄉菜,秋葵也是被他們帶到美國的。 秋葵濃湯的名字「Gumbo」其實是班圖語(Bantu)「nkombo」,意思就是秋葵。在路易斯安納州,秋葵以及秋葵濃湯也都被稱為gumbo。 秋葵濃湯後來有了一些不同的變化。依照路易斯安納州的族群,有Cajun gumbo與Creole gumbo。Cajun是源自於加拿大,後來搬到密西西比河灣(bayou)居住的法國人後裔,他們的秋葵濃湯裡面會有小龍蝦(crawfish)以及螃蟹;Creole則是居住在紐奧良的西班牙人、法國移民的後裔以及黑人後裔,他們的秋葵濃湯裡面會有蝦子、臘腸與雞肉。 筆者兩種都吃過呢!當年到路易斯安納州時第一次吃到秋葵,覺得很新鮮;回臺灣以後發現臺灣人竟然也吃起秋葵來,覺得有點小訝異。 在路易斯安納州,週一吃 紅豆飯 ,週五吃秋葵濃湯是他們的傳統。 根據 曹銘宗老師的文章 ,才知道秋葵在台灣成為常見的蔬菜,其實是1990年代以後的事;筆者在1992年出國,所以可以據此再把年代縮小一點。 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 秋葵在台灣成為常見的蔬菜,應該是1990年代以後的事。我當記者時常採訪的果菜專家王禮陽,他在1994年出版的「台灣果菜誌」並未提到秋葵。 秋葵在台灣開始受到歡迎,可能受到日本料理的影響,我第一次吃秋葵,就是「野菜天婦羅」及「和風沙拉」,非常嫩滑可口。後來,我在菜市場看到生的秋葵,才了解為什麼英文俗稱秋葵為Lady's fingers(美人指)! 秋葵的原產地有東北非、西非、南亞的爭議,正式的英文名稱...

《後宮甄嬛傳》之夕顏是什麼?

 在《後宮甄嬛傳》第十七集,甄嬛溜出七夕夜宴,在桐花台遇到果郡王,結果討論起桐花台上的小花。 截圖取自八大電視YouTube頻道 根據甄嬛所說,這小花名叫牽牛花,看花的顏色也的確是(雖然很明顯是假花,這讓人很不滿);接著果郡王就說,這花另外還有個名字叫做「夕顏」。這一整段其實都錯了。 俗名為牽牛花( Ipomoea nil )的植物其實又名「朝顏」(morning glory),是旋花科番薯屬的植物。朝顏是日本人對它的稱呼,因為都是早上開花,中午就謝了,所以被稱做朝顏。所以,七夕夜宴時桐花台角落的小花,既然是晚上還在開,就不可能是牽牛花(朝顏)。 那麼,有沒有夕顏這種植物呢? 根據網路搜尋的結果,夕顏可能是葫蘆花(瓠瓜花)。瓠瓜( Lagenaria siceraria )也稱為扁蒲,總是在傍晚開花,所以就得了「夕顏」這個風雅的名稱。 瓠瓜的花是白色的,所以影片裡的花也不可能是瓠瓜花。 其實看影片裡的植物的型態應該是牽牛花沒錯,但是牽牛花不會在晚上開花;而夕顏也不是牽牛花,瓠瓜也不會開這樣顏色的花。 《後宮甄嬛傳》的布景華麗、人物的妝容精緻,但是植物卻搞了個大烏龍;雖然菊花與牡丹都是真貨,可是這麼重要的夕顏卻完全搞錯,另外幾個荷花出場的地方也全部用了假花,真是可惜。 其實中山大學的顏聖紘老師也曾指出,在第33-34集中,甄嬛請果郡王幫她捉蝴蝶,那些蝴蝶也有許多不是當地的物種。在那個時代,應該不會有洋蝴蝶出現在昌平行宮吧! 3/8/2022:有讀者來信說,旋花科番薯屬的 Ipomoea alba 也叫做夕顏,是傍晚開花沒錯。  我查了一下,如果根據 英文維基百科 的資料, Ipomoea alba 在中國並沒有分布;但是中文維基的資料卻說中國有。 這讓我有點困擾,一般來說我比較相信英文維基的資料...不知道大家覺得呢? 當然, Ipomoea alba 的花是白色或粉色的,而劇中的「夕顏」花卻是藍色的,應該不是 Ipomoea alba 。