老葉的植物王國

  矽藻與藍綠菌的共生演化。圖片取自 Curr. Biol .  在生物學課程裡，常聽到葉綠體和粒線體的故事：古早古早，它們曾是自由生活的細菌，最後被細胞收編，變成胞器。可是，這種演化過程聽起來幾乎像神話一樣，令人懷疑是否真的曾經發生。如果我們能找到「正在進行中的例子」，就可以證明胞器的確是這樣出現的。但是，能嗎？ 答案是：能！ 看文章

  Posidonia oceanica 。圖片來源： 維基百科 大家對豆科植物與根瘤菌的共生關係應該都耳熟能詳了，但是海草與細菌建立共生關係卻從沒聽過。海草（seagrass）與藻類（algae）不同，海草源自於陸生植物，大約在一億年前從陸地回到海中。 地中海特有的大洋海神草（ Posidonia oceanica ）為海神草屬植物，該屬只有一種，且僅分布於地中海。大洋海神草可透過有性繁殖產生種子，也可透過地下莖進行無性繁殖。由於地中海並沒有豐富的氮源，所以科學家們認為大洋海神草一定有其他的方法來獲取它所需要的氮。 最近的研究發現，大洋海神草與一種稱為 Candidatus Celerinatantimonas neptuna的細菌存在著共生關係。 Ca . C. neptuna 住在大洋海神草的根部組織，提供大洋海神草氨（ammonia）與胺基酸，讓大洋海神草得以旺盛生長。 這是第一次發現海草與固氮菌共生的實例。 參考文獻： Mohr, W., Lehnen, N., Ahmerkamp, S. et al. Terrestrial-type nitrogen-fixing symbiosis between seagrass and a marine bacterium. Nature 600, 105–109 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-04063-4

  圖片來源：維基百科 任何生物的生活環境中都充滿了微生物，有些是有益的、有些是有害的。生物在辨別這些微生物後，如何啟動適當的反應呢？ 最近的研究發現，稻米（ Oryza sativa ）中有三個蛋白質，它們對於啟動敵友反應非常重要：OsMYR1、OsCERK1與OsCEBiP。其中OsMYR1與OsCEBiP都可以跟OsCERK1結合，而當OsCERK1與OsCEBiP結合時，植物對微生物的敏感性會升高（啟動免疫反應）；若OsCERK1與OsMYR1結合時，植物對微生物的敏感性會降低（啟動共生關係）。因此，過量表現OsMYR1對真菌的敏感性上升，而 Osmyr1 突變株則對真菌抵抗力升高；但 Oscebip 突變株則對微生物的敏感度升高。 而OsMYR1除了可以與OsCERK1結合，還會跟短的幾丁寡糖（chitooligosaccharide）結合。結合後的OsMYR1會抑制OsCERK1與OsCEBiP形成複合體，這使得OsCERK1無法磷酸化下游的OsGEF1，造成植物對微生物的敏感性降低。 所以，植物用兩個蛋白質來競爭與另一個蛋白質的結合，來啟動迥然不同的反應。這很經濟，也非常有趣呢！ 參考文獻： Discriminating symbiosis and immunity signals by receptor competition in rice Chi Zhang, Jiangman He, Huiling Dai, Gang Wang, Xiaowei Zhang, Chao Wang, Jincai Shi, Xi Chen, Dapeng Wang, Ertao Wang Proceedings of the National Academy of Sciences Apr 2021, 118 (16) e2023738118; DOI: 10.1073/pnas.2023738118

Spotted salamander（ Ambystoma maculatum ）圖片來源： wiki 蠑螈（salamander）有很多種類，不過上面這種蠑螈（斑點鈍口螈）不一樣。 牠不一樣的地方在於牠曾經與一種單細胞的藻類共生。這種藻類的學名是 Oophila amblystomatis 。由於與藻類共生，使得斑點鈍口螈的胚胎看起來像是綠色的水晶球。 斑點鈍口螈的胚胎。圖片來源： nature news 仔細觀察後，發現 Oophila 住在蠑螈的細胞裡面，而不是細胞外面。這在脊椎動物裡面還是第一次發現，因為脊椎動物的適應性免疫系統（adaptive immune system）可以辨認不屬於他的部分，並產生免疫反應。但是，顯然 Oophila 並沒有受到斑點鈍口螈的免疫反應干擾，而且 Oophila 與蠑螈之間構成了一個和樂的小社會：與 Oophila 共生的細胞，將他們的粒線體安排在 Oophila 的旁邊，盡情地利用 Oophila 產生的氧氣；而蠑螈胚胎細胞呼吸作用產生的廢物，馬上就被一旁的 Oophila 拿來進行光合作用。 過去曾有發現珊瑚與藻類共生的例子，但是藻類與脊椎動物共生，這真的還是第一遭。也因為這樣，這種藻類被取了個綽號：salamander algae（蠑螈藻）。根據目前的資料， Oophila 不僅住在斑點鈍口螈的胚胎裡，它還有可能隨著蠑螈的生殖細胞遺傳到下一代！ 參考文獻： Anna Petherick. 2010/7/30. A solar salamander-Photosynthetic algae have been found inside the cells of a vertebrate for the first time . Nature News. Ryan Kerney, Eunsoo Kim, Roger P. Hangarter, Aaron A. Heiss, Cory D. Bishop, and Brian K. Hall. 2011. Intracellular invasion of green algae in a salamander host . Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 108（16）：6497–6502, doi: 1...