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植物變殭屍?細菌的把戲

本文由民視《科學再發現》贊助,泛科學獨立製作

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被細菌感染的馬達加斯加日日春。細菌造成了葉化的花瓣,並且吸引葉蟬來傳播菌體。

翻譯:威 · 法

許多寄生生物能夠徵用宿主的身體以進行繁衍,比如繁殖時需要水的鐵線蟲,會迫使被寄生的蟋蟀溺死在水體裡 ; 或是像肝吸蟲會迫使被感染的螞蟻爬向牧草的葉緣,讓牛在進食的時候將肝吸蟲和螞蟻一起吃下去。除此之外,寄生生物甚至能將植物變成殭屍-來自英國諾里奇(Norwich)約翰英納斯中心(John Innes Centre)的科學家們發現了這些寄生生物到底是如何辦到的。

當植物被稱作植物菌質體(phytoplasmas)的寄生細菌感染後,植物的花朵會長成葉狀的幼芽,花瓣會變成綠色,然後發育成如同「巫婆掃把(witches’ brooms)」般蓬亂的枝芽。這種轉型不但讓植物不孕,還會吸引吸食植物汁液的昆蟲,並將菌體傳播出去。「被感染的植物仍然活著,但活著只為了獲益病原菌。」約翰英納斯中心的植物病理學家薩絲基雅 · 霍根豪(Saskia Hogenhout)說。「但從演化的角度來看,不能孕育後代的植物跟死了沒兩樣。」

「 很多人可能覺得把植物比喻成殭屍這樣的概念有些不妥,畢竟植物的行為和動物的行為很不一樣。」賓州大學的寄生生物學家大衛 · 休斯(David Hughes)說。「但事實就是這樣,如果寄生生物能改變蟋蟀和螞蟻的行為,為什麼寄生生物不能演化出一套方法來控制植物的行為?」

雙重控制

霍根豪的團隊先前的研究發現細菌利用一種叫作SAP54的蛋白來操控植物宿主。這個蛋白與植物的RAD23蛋白交互作用,讓花朵發育所需要的特定蛋白被細胞的分解中心-蛋白酶體(proteasome)分解。這些研究成果已經發表在PLoS Biology [1]。

除此之外,SAP54的交互作用還提高了葉蟬被吸引的機會,以達到傳播植物菌質體的目的。研究團隊發現葉蟬在葉化的花朵上的產卵數量比正常的花朵上還要多。更重要的是,研究團隊發現植物只要有SAP54這個蛋白就可以吸引昆蟲,即使植物體內根本沒有細菌也無所謂 。「這篇研究成果的奧妙之處,就是在於細菌只用了一個蛋白,就可以達到操控植物和吸引昆蟲兩個目的。」霍根豪說。「太厲害了。」

霍根豪認為這個發現揭開了植物發育調控和植物免疫系統之間的關聯-這是一個在許多其他物種都被被接受的理論。她希望研究這樣的關聯可以找到同時增進作物產量和增強抗病蟲害的新方法。除此之外,她也渴望了解其它病原菌如何製造植物殭屍。比如說鏽病菌(Puccinia monoica)會使感染的植物不孕,然後將葉片轉變成亮黃色的「偽花(pseudoflowers)。」這種偽花上長滿了真菌細胞,藉由偽花吸引昆蟲授粉時,將病原菌散播出去 [2]。目前沒有人知道鏽病菌如何改變宿主的生理機制。「很期待有一天我們知道這是怎麼造成的。」霍根豪說。

註:

  1. MacLean, A. M. et al. PLoS Biol. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pbio.1001835 (2014).
  2. Cano, L. M. et al. PLoS ONE http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0075293 (2014).

資料來源:Bacterial tricks for turning plants into zombies. NatureNews [08 April 2014]

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