圖片來源:Marina Khrapova @ Unsplash

研究發現寄生植物細菌感染機制 加以利用可保糧食生產穩定

上周刊於《細胞》的研究,確定到寄生於植物的細菌植原體 (phytoplasma) 的感染機制,逆向使用機制可能為受感染威脅的農作物提供新保護方法。

植原體如其他寄生物一樣操縱宿主以滿足自己的需要,植原體更可重新編碼宿主植物發育的能力,令宿主樹枝生得過於茂盛、花會變葉而無法繁殖。據估計,植原體會感染逾 700 種亞熱帶至熱帶包括蘋果樹、椰樹、桑樹、檀香樹、釀酒葡萄樹等的重要農作物,而且某幾株群的植原體更可感染數類植物,在同一地區內可快速傳染其他植物,有機會造成經濟嚴重損失,亦令糧產下跌。

不過,到目前為止人類對植原體在分子和物理水平上如何騎劫植物發育所知甚少。

英國 John Innes 中心的團隊則在報告中確定了一種由植原體產生的騎劫植物發育操縱分子 SAP05 。當在植物內部時, SAP05 這種蛋白質會導致關鍵的生長調節劑被分解,從而引發異常生長。

正常情況下,植物中的蛋白酶體 (proteasome) 會分解植物細胞內不再需要的蛋白質。然而, SAP05 會騎劫過程,導致在調節生長和發育中很重要的植物蛋白被有效地扔到分子回收中心。

如果沒有這些調節生長和發育的蛋白質,植物的發育就會被重新編碼成有利於細菌,引致更多枝節和組織生長,並暫停植物的衰老。

在植物生物學常用的阿拉伯芥模型實驗中,團隊發現 SAP05 直接與植物發育蛋白和蛋白酶體結合,這種直接結合是一種新發現的降解蛋白質的方法,因為通常被蛋白酶體降解的蛋白質事先會被稱為泛素 (uniquitin) 的分子標記。

由於 SAP05 針對的植物發育蛋白質與在動物中也發現的蛋白質相似。團隊亦測試了 SAP05 是否因此也會影響攜帶植原體的昆蟲。團隊發現,昆蟲體內蛋白的結構差異夠大,不會與 SAP05 相互作用,因此不會影響昆蟲行為 。

研究又表明,如果將植物發育蛋白換成來自昆蟲蛋白中的兩種氨基酸,就不會再被 SAP05 降解,從而防止枝節和組織異常生長。研究的通訊作者、生態學家 Saskia Hogenhout 指,如使用基因編輯技術,可有助解決農作物受植原體感染的問題,穩定地產出糧食。

來源:
Phys.org, The microbial molecule that turns plants into zombies, 17 September 2021

報告:
Huang, W.J., MacLean, A.M., Sugio, A. & et al. (2021). Parasitic modulation of host development by ubiquitin-independent protein degradation. Cell. doi: 10.1016/j.cell.2021.08.029

文/Alan Chiu

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