細菌偵測受感染的免疫機制可能有助於增強植物的抗病能力
植物葉片上的棕色斑點可能代表著植物的防禦系統正在與疾病戰鬥的一個信號。當植物被病毒、真菌或細菌感染時，它的免疫反應透過殺死受感染的細胞與其周圍的一些細胞來阻止疾病的傳播。以色列魏茲曼研究院（Weizmann Institute of Science）的一項新研究指出了這種植物免疫機制的演化起源，這可能有助於解釋植物的主要防禦系統是如何運作，以及有朝一日如何加強它們以提高植物對疾病的抵抗力，進一步降低這些植物疾病每年在全世界所造成數十億美元的作物損失。
大約兩年前，美國和澳洲的科學家們發現，當植物的免疫系統殺死受感染的細胞以控制疾病時，這個免疫反應會用到一種稱為TIR的蛋白片段來產生某種信號。在一項由魏茲曼分子遺傳學系的Rotem Sorek教授和當時還是研究生的Gal Ofir博士所主導的新研究中，Sorek團隊發現細菌也同樣使用TIR蛋白片段作為一種免疫機制，而且這個TIR片段在植物和細菌中都具有類似的運作模式。
當細菌與被稱為噬菌體的病毒（外觀像是微型登月小艇）展開一場戰鬥時，噬菌體會將自己的基因體插入細菌細胞，利用細菌細胞幫忙製造新的噬菌體，直到細胞破裂並死亡。Ofir及他的同事們發現，一旦細菌被噬菌體感染，含有TIR的蛋白質就會偵測到病毒入侵並傳遞一個訊號來通知2號蛋白質，而2號蛋白質則接著破壞一種在細菌代謝過程中相當重要的分子，由於這種分子被耗盡，使細菌在噬菌體有機會繁殖之前就已經死亡，從而抑制了感染。
在瞭解了TIR蛋白如何在細菌中進行免疫反應之後，研究人員發現TIR在細菌和植物中所產生的信號分子非常相似。事實上，當魏茲曼的研究人員將這種信號分子從植物轉移到細菌裡時，它引發了細菌的死亡。雖然TIR產生的信號分子如何在植物中運作還有待全盤暸解，但它在植物中的運作模式可能與在細菌中的運作模式相同。不論在細菌或是植物上，免疫機制都是這樣進行的：含有TIR的蛋白質偵測到病原入侵，產生一個信號分子，使受感染的細胞自我毀滅；在細菌上是使整個細菌死亡，而在植物上則是使一個植物細胞死亡。
Sorek表示：「我們的發現建立了植物與細菌在免疫反應上的演化關係。此外，它們為探討植物如何使用TIR蛋白質片段作為主要防禦機制提供了一個研究基礎。」
這個研究結果可能可以提供開發增強植物免疫系統的全新方法，使植物對病原感染的抵抗力更強。考量到農作物損失的規模和缺乏有效解決方法，改善植物免疫系統是一個非常迫切的問題。其中一個嚴重的例子是柑橘黃龍病（citrus greening disease），這種由細菌感染所造成的疾病正在殺死全世界的柑橘樹，包含佛羅里達州，柑橘黃龍病已經使佛羅里達州的柑橘產量減半。雖然目前還沒有治癒這種疾病的方法，但對植物免疫系統的新認識可能有助於未來開發保護世界果園免於這種疾病威脅的新防治方法。
研究參與者包括魏茲曼分子遺傳學系的Ehud Herbst博士、Maya Baroz、Daniel Cohen、Adi Millman、Shany Doron博士、Nitzan Tal博士和Gil Amitai博士，丹麥MS-Omics的Daniel B. A. Malheiro，以及魏茲曼生命科學核心設施中心的Sergey Malitsky博士。
資料來源：
https://wis-wander.weizmann.ac.il/life-sciences/bacteria-and-plants-fight-alike
