老葉的植物王國

  圖片作者：ChatGPT 我們的環境充滿了各種化學物質，而植物透過各種方式來感應這些物質，從而對環境做出反應。最近的一項研究發現了一個新的機制。 研究團隊發現，當某些特定的化學物質，如氯離子、谷胱甘肽（GSH，glutathione）和昆蟲衍生的引發物（elicitor，如蚜蟲 Brevicoryne brassicae 的萃取物或細菌鞭毛蛋白片段flg22），被引入植物的木質部（xylem），它們會觸發電信號。這個過程類似於人類神經系統中電信號的傳遞，研究團隊發現，要產生這個電信號，需要類穀胺酸受體3.3（glutamate receptor-like 3.3）。 這項研究還進一步探討了這些化學物質如何影響植物的免疫反應。例如，當這些化學物質被引入植物時，它們會刺激茉莉酸（JA，jasmonic acid）的產生。 當研究團隊在植物葉脈中引入了GSH和其衍生物，包括氧化的GSSH和硫芥子油葡萄糖苷代謝產物硫磺芥子油谷胱甘肽時發現，這些化合物在引入植物葉脈後都能夠觸發細胞膜去極化，導致 JAZ10 轉錄水平的增加，這顯示了茉莉酸途徑的活化。 這項發現對於我們理解植物如何感知並回應其周圍環境具有重要意義。它不僅幫助科學家們更深入地理解植物的生理過程，也可能在農業和環境保護方面有所應用，例如，開發新的植物保護策略，或改善作物對環境壓力的抵抗力。 總之，這項研究為我們打開了一扇了解植物與其環境互動方式的新窗口，展示了植物是如何在看似靜態的外表下，進行著複雜而精細的生化溝通。 參考文獻： Yong-Qiang Gao, Hugo Morin, Laurence Marcourt, Tsu-Hao Yang, Jean-Luc Wolfender, Edward E Farmer, Chloride, glutathiones, and insect-derived elicitors introduced into the xylem trigger electrical signaling, Plant Physiology, 2023;, kiad584, https://doi.org/10.1093/plphys/kiad584

斜紋夜盜蛾的幼蟲。圖片來源： 維基百科 植物被毛毛蟲啃咬的時候會發生防禦反應，這在植物生理學課程中已經是常識了。當毛毛蟲啃咬植物時，植物的脂肪酸和毛毛蟲口水中的胺基酸在毛毛蟲口中結合後，在毛毛蟲的腸子裡進一步反應產生如「激發子」（elicitor）這類的化合物（被統稱為「來自草食動物的危險信號」HDS，herbivore-derived danger signals）。目前已知這些化合物可以激發植物合成茉莉酸（jasmonic acid，JA），但中間的許多步驟仍屬未知。 為了要瞭解中間到底發生了什麼事，東京科學大學（Tokyo University of Science）的研究團隊使用斜紋夜盜蛾（ Spodoptera litura ）與大豆作為研究材料，試圖找出究竟在植物是什麼分子對這些「激發子」產生反應，並啟動下一步驟。 從過去對擬南芥（ Arabidopsis thaliana ）、煙草與豇豆的研究可知，對這些「激發子」有反應的分子可能是所謂的「類受器激酶」（RLK，receptor-like kinase），因此研究團隊選取了擬南芥的類受器激酶AtCERK1，在大豆的基因體中找尋與其序列類似的基因。 研究團隊一共找到了十五個與AtCERK1相似的基因（相同的程度只有44%）。接著他們把這十五個基因分別轉入擬南芥中，並觀察這些轉殖植物對斜紋夜盜蛾口腔分泌物的反應。 結果研究團隊發現，其中兩個基因對斜紋夜盜蛾口腔分泌物有反應：於是這兩個基因被命名為GmHAK1與GmHAK2。但是當研究團隊測試這兩個基因的細胞外結構域（extracellular domain）是否能與斜紋夜盜蛾口腔分泌物中的一個寡糖Frα發生互動時，卻沒有觀察到任何互動。 雖然這結果有點令人失望，不過斜紋夜盜蛾的口腔分泌物也不是只有Frα一個分子。研究團隊另外還將大豆的GmHAK1與GmHAK2分別以基因沉默技術進行基因敲落（knockdown）。結果發現表現量被降低的GmHAK1與GmHAK2被斜紋夜盜蛾危害的程度比控制組要嚴重的多。 研究團隊在擬南芥中也找到了GmHAK1的同源基因，顯示了類似的傳導路徑在不同種類的植物中都是存在的。未來研究團隊對這兩個大豆基因GmHAK1與GmHAK2還有許多工作需要進行，期待可以經由研究它們，更深入瞭解植物在被毛毛蟲啃咬後...