老葉的植物王國

  掛滿菟絲子的植物。圖片來源： 維基百科 。 菟絲子（ Cuscuta 屬，俗稱dodder）是一種寄生植物，沒有根、完全或幾乎沒有葉片，也沒有葉綠體，植株以吸器（haustorium）侵入寄主植物的韌皮部吸取養分。菟絲子不只會侵害樹木，農作物如白花芥、玉米、亞麻等也都會被它侵害。 雖然大部分的植物似乎都只能無奈地被它寄生，但有些品系的番茄似乎有辦法對抗它們。由不同國家的科學家們組成的研究團隊發現，有些番茄具有能辨認菟絲子的受器（稱為菟絲子受器1，Cuscuta receptor 1 [CuRe1]），能辨認出菟絲子，並啟動防禦措施。但是究竟CuRe1是如何辨認出菟絲子的？直到最近才答案揭曉。 最近研究團隊發現，原來CuRe1能辨認出一個位於菟絲子細胞壁上的蛋白質。這個蛋白質有116個胺基酸那麼長，但其中超過四分之一（30個）胺基酸是甘胺酸（glycine），所以被稱為「富甘胺酸蛋白」（GRP，glycine-rich protein）。番茄藉著辨認這個蛋白質來發覺自己即將被菟絲子入侵，從而啟動防禦措施。 未來或許藉由深入研究這個受器，進而改良其他作物，讓它們也能抵禦菟絲子的寄生。 參考文獻： Volker Hegenauer, Peter Slaby, Max Körner, Julien-Alexander Bruckmüller, Ronja Burggraf, Isabell Albert, Bettina Kaiser, Birgit Löffelhardt, Irina Droste-Borel, Jan Sklenar, Frank L. H. Menke, Boris Maček, Aashish Ranjan, Neelima Sinha, Thorsten Nürnberger, Georg Felix, Kirsten Krause, Mark Stahl, Markus Albert. The tomato receptor CuRe1 senses a cell wall protein to identify Cuscuta as a pathogen. Nature Communications, 2020; 11 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-19147-4

  掛滿菟絲子的植物。圖片來源： 維基百科 。 俗稱巫師的網、惡魔的頭髮或絞殺草的菟絲子（dodder）屬於菟絲子屬（ Cuscuta ），過去被分類到葫蘆科，近年來則被分類到旋花科。全世界菟絲子屬的植物共約200種，而且全部都是寄生植物。菟絲子沒有根、完全或幾乎沒有葉片，也沒有葉綠體，植株以吸器（haustorium）侵入寄主植物的韌皮部吸取養分。該屬遍布世界各地的溫帶和熱帶地區，亞熱帶和熱帶地區的物種多樣性最高，溫帶則僅有少數幾種。 過去的觀察發現，菟絲子會在寄主植物開花時也同時開花；這讓它們不僅可以接受被寄主植物吸引過來的媒介昆蟲同時授粉，同時也可以充分利用宿主植物在授粉後大量合成的養分來滋養自己的種子。由於一般植物是以葉片來偵測光週期，從而合成一個稱為FT（FLOWERING LOCUS T）的蛋白質，再以維管束運送到其他部位來調節開花，對於葉片退化到幾乎或完全沒有葉片的菟絲子，到底是怎麼偵測到光週期並合成FT，就令人感到非常好奇了。 德國普朗克研究所的研究團隊猜想，會不會菟絲子是「偷聽」寄主植物的信息，來讓自己與寄主植物同時開花呢？畢竟過去對澳洲菟絲子（ Cuscuta australis ）的基因體研究發現，澳洲菟絲子的許多與調節開花相關的基因都已如付闕如。為了要測試他們的猜想是否正確，首先研究團隊讓澳洲菟絲子感染突變種寄主植物。這寄主植物因為 FT 基因有突變，所以開花的時間與野生種不同；結果寄生在它上面的澳洲菟絲子，開花的時間也與野生種不同，但與突變種寄主植物相同。 接著，研究團隊想看看菟絲子是否借用了寄主植物的FT蛋白。於是他們把寄主的 FT 基因連結上綠色螢光蛋白（GFP）的基因，如此一來所產生的FT蛋白就會發出綠色螢光；如果菟絲子借用了寄主植物的FT蛋白，就會在菟絲子體內看到綠色螢光標記。結果發現，綠色螢光標記真的跑到澳洲菟絲子體內了。 這兩個實驗證實，澳洲菟絲子（或許是所有的菟絲子）藉由直接使用宿主植物的FT蛋白來調節自己的開花時間。從最簡單的寄生生物噬菌體到高等寄生生物菟絲子，我們都可以看到寄生生物直接利用宿主蛋白的例子，實在是非常有趣。 參考文獻： Shen, G., Liu, N., Zhang, J., Xu, Y., Baldwin, I. T., Wu, J. Cuscuta australis (dodder) para...