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遇雨水植物會「驚」 發訊號警示鄰居

2019/11/4 — 15:56

植物跟人類一樣,需要水份才可生存,但不代表它們較喜歡下雨。上周刊於《美國國家科學院期刊 (PNAS) 》的研究更發現植物在下雨時會進入「惶恐」狀態啟動防禦機制。雖然情況聽起來相當詭異,但對植物來說,濕度比溫度更為重要,是傳播疾病的頭號方法,如果葉子長時間變濕,病原體更易在植物上生存。

有參與研究的西澳大學生物化學家 Harvey Millar 指,當雨水落在葉上時,水滴會彈跳至方圓十米,而水滴可能包含細菌、病毒或真菌孢子等病原體。下雨對於植物來說,就如有人向它們打噴嚏,並使其進入防禦模式。

團隊以噴霧器模仿雨水,觀察到植物快速出現微觀的骨牌效應;這種效應是由一種叫做 MYC2 的轉錄因子 (transcription factor) 觸發的。

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在與水接觸的首十分鐘內,植物中超過 700 個基因曾作出反應,其中大多數基因在約 15 分鐘內繼續增加表達,從而改變植物的蛋白質、轉錄和荷爾蒙平衡,然後才會回復正常。

團隊在報告中指,只需接觸到水,植物立即積聚例如鈣的訊號化合物,激活了細胞膜對觸摸的反應,全基因組亦會出現轉錄變化。雖然變化是暫時性,但當這種情況反復出現就會導致植物生長受阻,並會延遲開花。 Millar 解釋當 MYC2 被激活時,成千上萬的基因正為防禦做好準備,警告訊號亦會由一塊葉傳到另一塊,引發一系列的保護作用。

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團隊發現,在噴水後不少於 20 組與蛋白質有關的基因由 MYC2 直接指示和調控,另外除了在同一棵植物的葉之間傳播訊號,同樣信號也被用於與附近的植物溝通。其中一種在接觸水滴後,植物會產生的化合物是茉莉酮酸 (jasmonic acid) ,這種化合物能調控植物生長和應對壓力的許多生理過程。另外,當茉莉酮酸在空氣中傳播時,可讓其他植物知道面對甚麼危險,它們應如何應對,而如果鄰近植物啟動防禦機制,傳播疾病的機會就會減低。

來源:
Science Alert, In an Unexpected Twist, Plants Enter a Type of 'Panic' State When It Rains, 2 November 2019

報告:
Moerkercke, A.V., Duncan, O., Zander, M. & et al. (2019). A MYC2/MYC3/MYC4-dependent transcription factor network regulates water spray-responsive gene expression and jasmonate levels. PNAS first published October 29, 2019. doi:10.1073/pnas.1911758116

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho

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