老葉的植物王國

  左為遭受植物菌質體感染的花。圖片來源： 維基百科 植物菌質體（phytoplasma）是一種沒有細胞壁的生物，構造跟黴漿菌類似。植物菌質體通常藉由葉蟬、飛蝨等吸取篩管汁液的害蟲作為媒介來感染植物。感染後，植物便會出現光長葉子不長花的狀態，被稱為「僵屍植物」（zombie plants）。（如圖中的花）為什麼要光長葉子不開花，因為這些葉片就是讓植物菌質體寄生的地方。 到底為什麼植物菌質體有這樣的能力？最近發表在《細胞》期刊上的研究發現，SAP05蛋白可以「綁架」位於植物26S蛋白質體中的泛素受體（ubiquitin receptor）RPN10蛋白，造成與開花有關的基因SPL與GATA發育調節子（GATA developmental regulators）被分解掉，於是植物就不會進入生殖階段。 有趣的事情是，雖然動物也有RPN10蛋白，且與植物長得很像，但植物菌質體的SAP05並不會與昆蟲的RPN10蛋白結合。將RPN10蛋白的兩個胺基酸改變後，可使SAP05失去與RPN10結合的能力。 如果能將類似的RPN10蛋白的突變以基因編輯的方式引入作物，應該能做出可抵禦植物菌質體感染的作物，對提升作物產量會有幫助。 2015年曾有 研究 發現，在不同的植物中的植物菌質體，會以不同的機制來制止植物進入繁殖階段；本篇的發現又提供了另一個殊途同歸的機制。 參考文獻： Weijie Huang, Allyson M. MacLean, Akiko Sugio, Abbas Maqbool, Marco Busscher, Shu-Ting Cho, Sophien Kamoun, Chih-Horng Kuo, Richard G.H. Immink, Saskia A. Hogenhout. Parasitic modulation of host development by ubiquitin-independent protein degradation. Cell, 2021; DOI: 10.1016/j.cell.2021.08.029

被植物菌質體（phytoplasma）感染的紫錐菊。 圖片來源： wiki 僵屍大家聽過，大家可能也知道有種真菌可以製造僵屍蟻，讓被感染的螞蟻不再認真工作，反而爬出蟻窩，尋找一片距離地表比較近的樹葉，咬下一口，然後死掉。接著真菌的子實體就會從螞蟻的頭部長出來...達成傳播真菌孢子的唯一任務。但是僵屍植物？可能很少人聽過吧？ 僵屍植物是由植物菌質體（phytoplasma）製造的。黴漿菌（mycoplasma）大家可能都聽過，但有多少人聽過植物菌質體呢？ 植物菌質體跟黴漿菌類似，都是沒有細胞壁的生物。只是黴漿菌除了可以可以感染動物以外，也可以進行腐生；但植物菌質體只能作為植物的病原菌。它是植物的寄生菌，藉由葉蟬、飛蝨等吸取篩管汁液的害蟲作為媒介來感染植物。感染後，植物後會造成植物光長葉子不長花，長出來的葉子也很畸形（如圖中的紫錐花）。 被植物菌質體感染後的植物，因為光長葉子（葉狀體）不長花，這些葉子的功能就是用來產生更多的植物菌質體，因此它們被稱為「僵屍」植物（zombie plants）。由於被感染的植物無法開花，往往造成植物就此被「絕後」了。 究竟植物菌質體是怎麼造成僵屍植物出現的呢？過去曾認為是因為感染造成植物賀爾蒙不平衡；但是最近對於植物菌質體的研究發現，植物菌質體本身會產生一個稱為SAP54的蛋白質，這個蛋白質在構造上與植物用來啟動開花機制的蛋白AP1或SEP家族等MADS轉錄因子（MADS-domain transcription factor）非常相似。 這個家族的轉錄因子，會經由互相結合形成雙體（dimer）或四元體（tetramer）之後，再與DNA結合來調節跟花器發育相關的基因表現。當這個家族的蛋白質被SAP54蛋白牽制住以後，會因為無法與DNA結合，導致它們被泛素化（ubiquitination）後再送到26S蛋白質體（26S proteosome）去分解。這麼一來，相關的基因無法表現，使得植物的花變成了葉狀體。 SAP54是如何牽制了AP1/SEP家族呢？研究團隊以電腦模擬分析SAP54的蛋白質結構以後發現，SAP54的結構與SEP3最相似，表示SAP54很可能是經由直接與AP1/SEP家族的蛋白質們互動，使它們無法與應該結合的家族成員結合（一種狸貓換太子的概念？）。當研究團隊把SAP54與AP1/SEP蛋白放...