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[吳志航] 番茄的根部防禦系統:專門對抗線蟲的免疫基因家族

Luedke et al., 2025 The Plant Cell

最早的 NRC 基因出現於約 1億2千5百萬年前。之後在大約 1千7百萬到2千1百萬年前,在番茄等茄屬植物的祖先中出現了一組新的基因簇。這組基因簇包含了NRC6 和對抗線蟲的侵染的基因,並特化只在植物根部表現。

植物的免疫系統中,有一類關鍵蛋白叫做 NLR(核苷酸結合—富含亮氨酸重複序列受體),能偵測病原入侵並啟動防禦反應。NLR 在植物各器官中的表現與功能差異過去並不明確。最近的研究發現,番茄有一組幾乎只在根部表現的 NLR 基因簇,其中包含對抗包囊線蟲與根結線蟲的抗病基因 Hero、MeR1,以及免疫輔助基因 NRC6。

這組根部專一的基因簇約在 2100 萬年前由古老的 NRC 網絡演化而來。實驗顯示,這些感應型 NLR 需要透過 NRC6 的協助,才能啟動植物特有的「過敏性細胞死亡反應」,阻止線蟲進一步感染。也就是說,NRC6 在這個系統中扮演了「開關」的角色,是啟動免疫反應的必要幫手。

這項發現揭示,植物免疫網絡會隨著器官功能進行分化。部分 NLR 基因簇可能專門進化成保護特定部位(如根部)的防禦系統,以應對不同病原的挑戰。這顯示植物的免疫系統具有驚人的適應性與演化靈活度。

Luedke D, Sakai T, Kourelis J, Toghani AA, Adachi H, Posbeyikian A, Frijters R, Pai H, Harant A, Lopez-Agudelo JC, Tang B, Ernst K, Ganal M, Verhage A, Wu CH*, Kamoun S*. 2025. A root-specific NLR network confers resistance to plant parasitic nematodes. The Plant Cell koaf145