老葉的植物王國

  圖片作者：ChatGPT 鐵（iron, 元素符號Fe）是植物的必需元素之一，雖然不是必需元素中的巨量元素，但是植物對它的需求量其實已經逼近巨量元素了。 由於葉綠素（chlorophyll）的合成需要鐵，所以缺鐵的植物會出現黃化（chlorosis）現象。黃化由葉脈開始，逐漸拓展到葉脈之間，最後整片葉子都變黃。不止是葉綠素需要鐵，粒線體（mitochondria）內的許多蛋白質也是含鐵的蛋白質，鐵對植物是非常重要的！ 鐵在中性及鹼性的土壤中極易沉澱，所以植物很容易缺鐵。為了抓住鐵離子，植物演化出許多策略，包括分泌氫離子使土壤變酸好溶解鐵，合成螯合化合物（chealating agents）與植物鐵載體 （phytosiderophores）來抓住鐵離子、在根表面特化出特殊的細胞來吸收鐵等等。 但是鐵對所有的生物都很重要，土壤中除了植物以外，還有與植物共生的細菌以及其他的細菌等等。那麼，在缺鐵的時候植物如何應對呢？我們之前曾經介紹過，植物會容忍與其共生的微生物，但是在缺鐵的時候，植物是否會轉而與這些小幫手們針鋒相對呢？ 最近美國沙克研究所（The Salk Institute）的研究團隊發表的研究成果，解開了這部分的謎題。 研究團隊使用細菌的鞭毛蛋白flg22來模擬微生物存在。研究團隊發現，在與鞭毛蛋白flg22共同處理後，缺鐵的情況顯著惡化，但在使用非抗原性形式的鞭毛蛋白flg20處理時則未出現這種情況。這顯示flg22可能會在缺鐵時抑制植物根部對鐵的攝取，也就是說，當植物被病菌入侵時，它們會選擇不吸收鐵。 為了驗證這個假設，研究團隊測量了鐵螯合還原酶（ FCR ）的活性和鐵調節運輸蛋白1（ IRT1 ）的表現，它們都是阿拉伯芥中典型的缺鐵反應的一部分成員。缺鐵時若沒有flg22，根中的 FCR 活性會被誘導，而若有flg22， FCR 活性就不會被誘導。同樣地，缺鐵也會誘導 IRT1 ，但有flg22時，即使缺鐵， IRT1 的表現量還是不會上升。總而言之，這些都顯示flg22引發的免疫反應可以抑制缺鐵反應。這也意味著如果在缺鐵的時候有細菌入侵，植物不會提高自己吸收鐵的能力。 既然flg22引發的抑制效果顯著，那麼其他微生物呢？研究團隊測試了來自細菌的elf18，另外還測試了幾丁質和來自真菌的化合物。像flg22一樣，elf1...