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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

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