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植物大戰僵屍（圖片來源：Pop Cap）

植物不一定能打僵屍，不過可以被寄生物變成“僵屍”，長成寄生物需要的樣子。為(wei) 了保護植物，一群科學家開始尋找它們(men) 變成“僵屍”的原因，並試圖阻止寄生物的行動……

你或許聽說過，有些寄生物能把宿主變成“僵屍”，任憑擺布。比如，一種名叫偏側(ce) 蛇蟲草菌（Ophiocordyceps unilateralis）的真菌，可以寄生在螞蟻體(ti) 內(nei) 。被感染的螞蟻，會(hui) 走出原本生活的蟻穴，爬上附近的植物，咬住一片葉子的葉脈。從(cong) 此，螞蟻便留在了那裏，而它所在的高度，剛好有適合真菌生長的溫度和濕度。

如果說，失去自我的“僵屍”動物，餘(yu) 生隻能做寄生物的奴隸，那失去自我的“僵屍”植物也很難有更好的結局吧？可最近發表在《細胞》（Cell）雜誌的一項研究告訴我們(men) ，有種“僵屍”植物獲得了“長生不老”的能力。

是什麽(me) 讓它活得更久？

有一類寄生在植物體(ti) 內(nei) 的細菌，叫做“植原體(ti) ”（phytoplasm）。我們(men) 熟悉的不少作物都會(hui) 因為(wei) 植原體(ti) 而生病，比如洋蔥、芹菜、胡蘿卜等等。這是因為(wei) ，植物被植原體(ti) 入侵後，原本的生長發育節奏會(hui) 遭到篡改，一種常見的症狀便是枝葉生得異常濃密，從(cong) 一個(ge) 點長出許多枝條，好像“女巫的掃帚”一樣。

鬆樹長成了“女巫的掃帚”（圖片來源：David Martinson）

這樣的現象也被稱為(wei) “叢(cong) 枝病”，會(hui) 嚴(yan) 重影響作物的產(chan) 量。英國約翰·英尼斯中心（John Innes Center）的科學家很想知道，植原體(ti) 到底對植物做了什麽(me) ，才讓它們(men) 如僵屍暴走般瘋長枝葉。

很多時候，寄生物是靠自身分泌的物質來操控宿主。於(yu) 是，科學家開始調查植原體(ti) 分泌的物質，具體(ti) 來說是“翠菊黃化叢(cong) 枝植原體(ti) ”（AY-WB）菌株分泌的蛋白質。先前，其他研究團隊曾給這個(ge) 菌株做過DNA測序，並找到了56種分泌蛋白，把植物變成“僵屍”的凶手可能就在裏麵。這次，科學家的研究對象便是其中一種蛋白，名為(wei) SAP05。

研究者用這種蛋白去“感染”了一種名為(wei) 擬南芥（Arabidopsis thaliana）的植物，觀察它會(hui) 不會(hui) 長成“女巫的掃帚”，或是出現其他異常。他們(men) “感染”植物的手段非常獨特，是讓植物自己生產(chan) ：把SAP05的基因插入植物的染色體(ti) 裏，它就能製造SAP05了。

培養(yang) 10周後，右為(wei) 被SAP05支配的擬南芥，左為(wei) 對照（圖片來源：原論文）

結果發現，擁有SAP05蛋白的植物不需要細菌寄生，就能篡改自己的生長發育節奏，成長為(wei) “女巫的掃帚”（如上圖右）。除此之外，在其他同類慢慢成熟、慢慢衰老的時候，基因改造過的植物還在不斷長出更多的幼態葉。與(yu) 同伴相比，它大概稱得上“永葆青春”了。而維持在幼年形態的植物雖然活得更久，卻不能像同伴一樣進行生殖活動，這或許就是不變老的代價(jia) 吧。

科學家表示，基因編輯過的擬南芥，和真正被植原體(ti) 寄生的擬南芥，形態十分接近。因此他們(men) 相信，植原體(ti) 寄生植物時，就是靠SAP05這種蛋白把它們(men) 變成“僵屍”的。

那麽(me) 對植原體(ti) 來說，如此操控植物有什麽(me) 好處？作為(wei) 細菌，植原體(ti) 的傳(chuan) 播需要媒介：通常是昆蟲吸食植物汁液時，順便把植原體(ti) 送進植物體(ti) 內(nei) 。若植物壽命變長，能接納更多的昆蟲前來用餐，植原體(ti) 也可乘著“交通工具”，前往更多的植物體(ti) 內(nei) 寄生，實現更廣泛的傳(chuan) 播。

培養(yang) 15周後，在SAP05支配下生長的“掃帚”更濃密了（圖片來源：原論文）

看來，篡改植物生長發育節奏的確對植原體(ti) 有利。不過，它分泌的SAP05蛋白究竟是怎麽(me) 做到這一點的？

蛋白質“垃圾分類”

一種蛋白質要發揮作用，總得與(yu) 其他分子結合。而被SAP05蛋白結合的物質，很可能和植物的生長發育密切相關(guan) 。

科學家發現，植物體(ti) 內(nei) 的兩(liang) 種物質——SPL轉錄因子和GATA轉錄因子，都是SAP05“綁架”的對象，也都是植物生長發育中不可缺少的角色。其中，SPL轉錄因子幫助植物從(cong) 幼年期轉向成年期，從(cong) 營養(yang) 期轉向生殖期；而GATA轉錄因子主要負責調節光合作用、葉片發育和花器官發育。

SAP05阻礙植物發育成熟（圖片來源：原論文）

這兩(liang) 種物質一旦被SAP05蛋白“抓住”就危險了。SAP05主要的工作地點在植物韌皮部的篩管細胞：那是負責向生長中的植物組織輸送營養(yang) 的細胞，裏麵還有一套回收係統，在清理無用的垃圾蛋白。SPL轉錄因子和GATA轉錄因子，原本不是垃圾蛋白。但被SAP05結合後，係統會(hui) 將它們(men) 識別為(wei) 垃圾蛋白並降解掉。也就是說，SAP05是借植物自身的機製，除掉了對植物有用的物質。

被SAP05抓住的兩(liang) 類蛋白，遭到了蛋白酶體(ti) 的降解（圖片來源：原論文）

從(cong) 此，植物的生長發育開始紊亂(luan) ：保持著幼年的特征卻按時開花，開出的花又無生殖能力，最終長成“女巫的掃帚”。這是兩(liang) 類轉錄因子同時被破壞的結果。假如隻破壞SPL轉錄因子，或者隻破壞GATA轉錄因子，植物都不會(hui) 徹底患上“叢(cong) 枝病”。

同時，研究者還發現，垃圾回收係統清理了不該清理的兩(liang) 類蛋白，不僅(jin) 僅(jin) 是因為(wei) 這兩(liang) 類蛋白被“綁架”，而是連負責清理工作的蛋白酶體(ti) 也被“綁架”，才執行了錯誤的任務。

昆蟲會(hui) 變“僵屍”嗎？

身為(wei) 垃圾回收工具的蛋白酶體(ti) 之所以遭到“綁架”，是因為(wei) 它有個(ge) 亞(ya) 基被SAP05蛋白結合了。研究團隊因此想到，傳(chuan) 播植原體(ti) 的昆蟲葉蟬體(ti) 內(nei) 也有這個(ge) 亞(ya) 基的同源物。那昆蟲會(hui) 不會(hui) 也被細菌分泌出的SAP05蛋白變成“僵屍”？

但實驗結果顯示，SAP05並沒有結合昆蟲的蛋白酶體(ti) 。雖然有同源物，但兩(liang) 個(ge) 氨基酸的微小差別（如下圖），保護了昆蟲的蛋白酶體(ti) 。

亞(ya) 基RPN10的氨基酸序列中的38號和39號，植物體(ti) 內(nei) 為(wei) GA，昆蟲體(ti) 內(nei) 為(wei) HS（圖片來源：原論文）

發現這個(ge) 差別之後，科學家又有了新的想法：用基因編輯把植物的這兩(liang) 個(ge) 氨基酸改成和昆蟲一樣，植物不也能抵抗SAP05的傷(shang) 害了嗎？實驗證明他們(men) 想的沒錯，經過基因編輯後，那些被垃圾回收係統錯誤處理的蛋白，又重新獲得了生存空間，被降解掉的比先前少了。

雖然“氨基酸修改版”的植物在被植原體(ti) 寄生後，明顯比野生型的同伴更短命，且依然不能生育，團隊還是從(cong) 中看到了阻止植物變“僵屍”的希望。

不論如何，科學家們(men) 終究是站在保障作物產(chan) 量的角度考慮問題。至於(yu) 植物是想變成“僵屍”活得更久還是想要生育能力，誰知道呢？

參考鏈接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)01012-6

https://www.pnas.org/content/114/47/12590.full

https://www.eurekalert.org/news-releases/928467

https://www.nytimes.com/2021/10/01/science/zombie-plants-parasites.html

來源：環球科學

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