如何消滅土裡那不受歡迎的客人

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獨腳金。圖片來源:wiki

撰文|葉綠舒

獨腳金(Striga)這一屬的植物分布於非洲、澳洲與亞洲。在亞洲,中國大陸雲南、貴州、廣西、廣東、湖南、江西、福建及台灣都可以看到它。它們是寄生植物,種子躲在土裡,在農作物發芽的時候一起發芽,根部緊貼住農作物的根部吸收養分,造成農作物產量減少。

雖然獨腳金可以入藥,但它在非洲的撒哈拉以南地區造成非常嚴重的問題,大約三分之二的農地被獨腳金入侵。總計在全世界,獨腳金危害25個國家,共計一千萬人。

科學家們一直想要找到消滅獨腳金的方法,但由於種子躲在土裡不怕農藥,農作物不發芽它們也不會先發芽,所以一直都是很頭痛的問題。

如果能夠讓它發芽,活的植物的罩門應該比休眠的種子要多得多了。但是,為什麼這種植物會知道什麼時候農作物的種子發芽呢?原來許多植物的種子在發芽時,根部會分泌一種賀爾蒙稱為strigolactone(如圖)。這個賀爾蒙原來是用來召喚土壤中的共生真菌(mycorrhiza)的,好讓植物寶寶們一發芽就有共生真菌在旁邊呵護;但獨腳金也學會了偵測這種賀爾蒙,讓自己在感應這種賀爾蒙之後就發芽。於是,獨腳金永遠都能夠搶先一步,佔據最好的位置來偷走農作物的養分。

strigolactone的基本結構。圖片來源:wiki
strigolactone的基本結構。圖片來源:wiki

這種賀爾蒙有很多種,科學家也發現,獨腳金已經懂得經由分辨不同的strigolactone組合,來了解是否現在發芽的是它最愛的宿主。

最近多倫多大學的研究團隊花了好一番功夫,找到獨腳金裡面所有的strigolactone受器(統稱為ShHTL)--竟然有十一個!這麼多個受器,不見得個個都有相同的功能吧?為了要了解它們、並找到真正要緊的ShHTL,研究團隊利用阿拉伯芥缺少HTL基因的突變株,仔細地研究了所有的這十一個ShHTL

怎麼研究呢?原來,阿拉伯芥的種子在攝氏32度時,會出現發芽率急速下降的現象。但是這個熱抑制(thermoinhibition)現象,在加入strigolactone時會被逆轉。不過,對於缺少了HTL基因的阿拉伯芥,加入strigolactone就沒有效果了。

於是研究團隊將不同的ShHTL轉入缺少HTL基因的阿拉伯芥,再利用熱發芽抑制實驗,來測試找出對strigolactone最敏感的ShHTLShHTL7)。接著,再以ShHTL7來測試不同的strigolactone,發現獨腳金最愛的strigolactone包括了5-deoxy strigol (5DS)、2'-epi-5-deoxy strigol (2'-Epi-5DS)以及sorgolactone。由於這些strigolactone的共同特徵是:A環的五號碳上的官能基為氫氧基(-OH);而且田間觀察也發現,分泌較多5DS的栽培種也非常容易被獨腳金感染,或許已經找到獨腳金的罩門了?

未來,研究團隊希望可以使用這些strigolactone作為生物製劑,在尚未播種前先在田裡噴洒,讓獨腳金先發芽。由於缺乏宿主,受騙發芽的獨腳金很快就會因為沒有養分而餓死;接著再播下農作物的種子,就可以避免被寄生,而且還可以把餓死的獨腳金當作肥料(呵~算是某種復仇嗎?)。

聽來是個不錯的想法,但筆者有點擔心共生真菌是否也會被騙?雖然共生真菌不會因為遇不到農作物而死亡,但不知是否會有一些其他的問題產生呢?

參考文獻:
Peter McCourt et. al., 2015. Structure-function analysis identifies highly sensitive strigolactone receptors in Striga. Science. 10.1126/science.aac9476

Yuichiro Tsuchiya et. al., 2012. Thermoinhibition Uncovers a Role for Strigolactones in Arabidopsis Seed Germination. Plant Cell Physiology. 53(1): 107–117. doi:10.1093/pcp/pcr176

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作者:葉綠舒 慈濟大學生命科學系助理教授,科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。

 

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