自然真奇妙！葉綠體竟然會跑到病菌入侵部位，對抗感染（動圖）

在小學課本上，我們就知道植物細胞裡有許多葉綠體。

它們就像是細胞中的農民

，勤勤懇懇地工作，透過光合作用，將光能轉化為化學能，供生物體使用。

▲葉綠體的存在，讓整個世界變得綠意盎然（圖片來源：Pixabay）

然而，

遇到侵略自己家園的外敵，再溫順的人，也有血性的一面。

葉綠體也同樣如此。最近，倫敦帝國學院（Imperial College London）的一支研究團隊發現，在馬鈴薯致病疫黴（

Phytophthora infestans

）的感染下，葉綠體會主動移動到感染的位置，用自己的軀體組成防禦陣線。

說到致病疫黴，許多讀者朋友們可能會感到陌生。但事實上，這種病原體會引起馬鈴薯的枯萎，帶來極大的經濟影響。從病理上看，這種病原體會伸出“觸手”，穿透植物細胞，造成破壞。

▲致病疫黴會對馬鈴薯等作物造成極大的影響（圖片來源：Rasbak [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], from Wikimedia Commons）

有趣的是，之前的一些研究發現，植物的免疫系統會讓葉綠體搖身一變，化身防禦衛士。

它們會暫停光合作用，並分泌一些防禦性激素的前體。

這些結果表明，葉綠體是植物防禦機制中的一環。

為了更好地理解葉綠體對致病疫黴的防禦效果，科學家們開展了一項研究。在植物學研究的模式生物之一菸草裡，他們引入了一種能在葉綠體基質裡表達的綠色熒光蛋白。也就是說，在顯微鏡下，葉綠體能發出特定的熒光，方便研究人員們追蹤。

隨後，科學家們讓菸草感染了致病疫黴。

後續分析結果發現，葉綠體會聚集在感染的位點附近，並將致病菌的“觸手”緊緊包圍，防止他們造成進一步的破壞。

▲葉綠體（綠色）前往“觸手”（紅色）處（圖片來源：參考資料［1］）

▲看下三維結構圖。葉綠體為黃色，“觸手”為紫紅色（圖片來源：參考資料[1]）

可不要以為這些葉綠體只是傻呵呵的衝上去當肉盾。相反，它們可是擁有“生化武器”的可怕防禦者。研究人員們指出，

這些葉綠體會釋放出光合作用過程中具有毒性的副產物，對病菌的“觸手”進行殺傷。

更有趣的是，葉綠體還會對病原體進行物理攻擊。在觀察中，

研究人員們發現了兩次罕見的現象——在葉綠體的合力衝擊下，病原體的“觸手”不堪重負，被活生生壓垮。

研究人員們在論文中指出，這些結果表明葉綠體在抗擊入侵者方面，不僅擁有“生化武器庫”，還可能提供機械力（mechanical means）方面的協助。

▲葉綠體（黃色）會發起集體衝鋒（圖片來源：參考資料［1］）

▲研究人員們也看到了“觸手”（箭頭標出）被“壓垮”的過程（圖片來源：參考資料[1]）

這些葉綠體是如何知道細胞被感染的呢？研究人員們也在論文中進行了探討。他們指出，

在通常情況下，葉綠體會移動到細胞內“朝向”比較好的地方，接受更多的陽光

，從而更好地進行光合作用。一種叫做CHUP1的蛋白質，在葉綠體向光源的移動上，起到了關鍵作用。

研究人員們透過實驗證實，這種蛋白也是葉綠體前往受感染區域的關鍵。

當編碼CHUP1的基因的表達被“沉默”後，葉綠體果然就失去了及時應對感染的能力。

因此，葉綠體的千里馳援，需要CHUP1蛋白的協助。

▲幾十億年的共同演化，葉綠體依舊保留著藍細菌的“野性”（圖片來源：Kelvinsong [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], from Wikimedia Commons）

本研究的通訊作者Tolga Bozkurt教授表示，他對葉綠體展現出的動態表示“震驚”。目前的主流觀點認為，

葉綠體是被遠古時代的細胞納入體內，共同生存的一種藍細菌。

而其在對抗病原體感染中展現出的活力，則提醒我們，它們原本是一類自在生活的生物。

在論文的最後，科學家們指出，這些結果再次證明葉綠體是植物防禦系統中的關鍵一環。而對於我們普通讀者來說，這項研究則告訴我們，

自然中還有許多看起來不可思議的事情，等著我們去挖掘，去探索。

參考資料：

［1］ Alexia Toufexi et al。， （2019）， Chloroplasts navigate towards the pathogen interface to counteract infection by the Irish potato famine pathogen， bioRxiv， DOI： http：//dx。doi。org/10。1101/516443

［2］ How light-farming chloroplasts morph into defensive warriors， Retrieved January 28， 2019， from https：//www。sciencenews。org/article/how-light-farming-chloroplasts-morph-defensive-warriors？tgt=nr

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