名古屋大學研究生院生命農學研究科的竹本大吾教授、小鹿一名譽教授、川北一人名譽教授，及京都大學研究生院農學研究科的加藤大明特定研究員等組成的研究團隊，成功從馬鈴薯致疫病黴菌的細胞膜成分中分離出兩種能激活植物免疫的物質——「Pi-Cer D」和「Pi-DAG」，並明確了這些物質的結構。此類物質被植物識別爲外來物質後，會引發多種抗性反應。研究還證實，如果預先用這些物質處理植物，可以有效抑制病害。該發現將有助於開發生物刺激劑（免疫活化劑）。相關研究成果已於6月3日發表在國際學術期刊《Plant Physiology》上。

圖1. 植物對病原菌的識別（供圖：名古屋大學）
植物細胞透過細胞膜上的接受者識別病原菌的獨特性物質結構，從而激活對病原菌的抵抗力。右下圖爲擬南芥中識別出的病原菌接受者。

馬鈴薯致疫病黴菌曾在19世紀中葉的歐洲引發大饑荒，據估計，即便在今天，這種病原菌每年仍在全球範圍内造成約67億美元的經濟有效能損失。

植物的病原菌可以分類爲細菌，真菌和卵菌等，研究者們正從病害防治的角度研究植物如何識別這些病原菌的成分並激活免疫反應。目前已知植物透過免疫反應來抵抗病原菌的侵入，但針對包括馬鈴薯致疫病黴菌在内的卵菌的研究此前尚未取得進展。

此次研究團隊以闡明植物識別卵菌攻擊的結構爲目標，成功純化出一種植物可識別的馬鈴薯致疫病黴菌抗性誘導物質。研究人員將馬鈴薯致疫病黴菌的培養液添加到馬鈴薯細胞等樣品中，誘導出了活性氧生成和抗菌物質產生等典型植物抗性反應，隨後，透過多種柱層析法對這些提取液進行了分離、提取和純化。

最終，研究人員成功單離出兩種被植物識別爲異物的物質：誘導活性氧生成的腦醯胺化合物（Pi-Cer D）和誘導抗菌物質生產的二醯基甘油（Pi-DAG）。

用Pi-Cer D處理馬鈴薯葉時，誘導了葉活性酶。用Pi-DAG的部分結構二十碳五烯酸（EPA）處理馬鈴薯塊莖時，馬鈴薯塊莖中產生並積累了抗菌物質卵磷脂。研究人員應答到無論哪種處理，之後該病原菌引起的傳染都能得到很大程度的抑制。

當用Pi-Cer D處理馬鈴薯葉片時，會誘導葉活性酶的生成。而用Pi-DAG的部分結構——二十碳五烯酸（EPA）處理馬鈴薯塊莖，塊莖中則產生並積累了抗菌物質卵磷脂。研究證實，這兩種處理方式都能大半徑抑制之後添加的馬鈴薯致疫病黴菌引起的傳染。

研究團隊進一步調查了Pi-Cer D、Pi-DAG被植物識別的結構，發現其分別爲9Me-Spd、5、8、11、14-TEFE，均爲植物中不存在但真菌和卵菌特有的結構。研究表明，這些結構存在於病原菌的細胞膜中，是植物識別病原菌時作爲指標的微生物相關分子模式（MAMPs）。研究還證實，當用Pi-Cer D、Pi-DAG處理植物後再添加病菌時，馬鈴薯的傳染情況可抑制90%以上，抗性顯著強化。

研究人員透過對用Pi-Cer D和EPA處理過的植物基因表現進行綜合分析和比較，發現這兩種物質分別激活了一組不同的基因表現。研究還表明，這些物質分別透過不同的植物接受者被識別。此外，將兩種化合物混合後再進行處理時，據稱發現了許多在單獨處理時未見反應的基因表現。

這次發現的兩種物質不僅能誘導馬鈴薯產生抗性，還能誘導水稻和擬南芥（十字花科）等植物產生抗性。這個特點表明，它是一種植物共有的病原菌識別機制。

竹本教授表示：「我們正在着手研究植物是如何識別此次發現的病原菌的結構的。傳統農業生產採用的是給作物充分施肥，使用防霉劑和殺蟲劑儘可能抑制病害蟲的種植方法。這是支撐我們飲食生活的完整技術，但考慮到對環境的負擔，我們需要向可持續農業轉變。作爲轉變的途徑之一，被稱爲生物刺激劑（免疫活化劑）的材料備受期待。未來如果能發現衆多這樣的生物刺激劑，並闡明其功能，我們就有可能透過生物刺激劑對植物產生各種作用，實施可持續農業。」

原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部

【論文資訊】
期刊：Plant Physiology
論文：Two structurally different oomycete lipophilic microbe-associated molecular patterns induce distinctive plant immune responses
DOI: 10.1093/plphys/kiae255