[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
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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。