由名古屋大學基因實驗設施的多田安臣教授和野元美佳助教與名古屋大學研究生院理學研究家松村護（研究生）等人組成的研究團隊宣佈，發現擬南芥等植物在感知到雨水後會激活免疫系統。分析植物受到雨水刺激時所表達的基因後發現，葉表的毛狀細胞可以感知到傳播病原體的雨水，爲預防病原體侵入，便會激活免疫系統。該成果有望用於植物的病害防治。相關内容已經發布在國際科學期刊《Nature Communications》的3月8日號上。
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A：葉子表面的毛狀細胞（毛狀體）感測到力時，如綠色所示，會在毛狀體周邊的組織中誘導鈣波。使用導入了可將細胞内的鈣離子（Ca2+）濃度作爲GFP螢光視覺化的GCaMP3的基因重組植物。可以看出，鈣離子流入了鈣波周邊的組織。
B：雨水激活免疫系統，抑制斑點病菌形成斑點。（供圖：名古屋大學）
植物與動物一樣，也有免疫系統，透過感知病原體並表達免疫相關的基因來預防傳染。已知傳染植物的細菌和電腦病毒等病原體是透過雨水傳播的,但此前一直不清楚植物如何對雨水做出反應的。
此次，研究團隊分析了擬南芥遇到雨水時會表達什麼基因。
具體來說，研究團隊製作了一個可以向葉子施加日本平均雨滴大小和壓力的裝置。利用RAN-seq法分析了擬南芥淋雨時表達的基因。
圖2：植物葉子表面的毛狀體會識別雨水等產生的力，並激活免疫系統（供圖：名古屋大學）
實驗結果顯示，植物淋雨時會表達免疫相關的基因簇。這些基因簇受鈣調蛋白結合轉錄激活因子（CAMTA）控制。另外還應答，這種因子的功能受Ca2+控制，CAMTA突變體不會發生免疫反應。
因此，爲實際應答植物細胞内的Ca2+濃度是否會升高，研究團隊導入基因製作了可以螢光檢測Ca2+的擬南芥，觀察了雨水誘導的反應。
結果顯示，雨水會被葉子表面存在的毛狀細胞（毛狀體）感知到。研究發現，毛狀體發揮感測器的作用，感知到雨水後，會立即在毛狀體周邊的細胞中誘導鈣波，從而激活免疫系統。
爲驗證免疫系統的激活，研究團隊實施了向經過雨水處理的擬南芥和未經雨水處理的擬南芥葉子接種斑點病菌進行了比較實驗。由此應答，經過雨水處理的葉子與未經雨水處理的葉子相比抑制了病斑的形成。
該成果有助於闡明植物的免疫系統機制。另外，發佈病害蟲等警報時，透過提前進行機械刺激，還有望抑制造成的損害。
除雨水外，向毛狀體施加力的要素還有風和昆蟲等因素，但目前已應答，即使是相對較強的風也不會激活免疫系統。
多田教授表示：「今後將驗證毛狀體是否只能感知到雨水，以及其他植物是否也能同樣激活免疫系統等。另外，還打算確定與感測器有關的基因。」
【論文資訊】
期刊名稱：Nature Communications
論文題目：Mechanosensory trichome cells evoke a mechanical stimuli?induced immune response in Arabidopsis thaliana
DOI：10.1038/s41467-022-28813-8
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
