名古屋大学研究生院生命农学研究科的竹本大吾教授、小鹿一名誉教授、川北一人名誉教授，及京都大学研究生院农学研究科的加藤大明特定研究员等组成的研究团队，成功从马铃薯致病疫霉菌的细胞膜成分中分离出两种能激活植物免疫的物质——“Pi-Cer D”和“Pi-DAG”，并明确了这些物质的结构。此类物质被植物识别为外来物质后，会引发多种抗性反应。研究还证实，如果预先用这些物质处理植物，可以有效抑制病害。该发现将有助于开发生物刺激剂（免疫激活剂）。相关研究成果已于6月3日发表在国际学术期刊《Plant Physiology》上。

图1. 植物对病原菌的识别（供图：名古屋大学）
植物细胞通过细胞膜上的受体识别病原菌的特异性物质结构，从而激活对病原菌的抵抗力。右下图为拟南芥中识别出的病原菌受体。

马铃薯致病疫霉菌曾在19世纪中叶的欧洲引发大饥荒，据估计，即便在今天，这种病原菌每年仍在全球范围内造成约67亿美元的经济损失。

植物的病原菌可以分类为细菌，真菌和卵菌等，研究者们正从病害防治的角度研究植物如何识别这些病原菌的成分并激活免疫反应。目前已知植物通过免疫反应来抵抗病原菌的入侵，但针对包括马铃薯致病疫霉菌在内的卵菌的研究此前尚未取得进展。

此次研究团队以阐明植物识别卵菌攻击的结构为目标，成功纯化出一种植物可识别的马铃薯致病疫霉菌抗性诱导物质。研究人员将马铃薯致病疫霉菌的培养液添加到马铃薯细胞等样品中，诱导出了活性氧生成和抗菌物质产生等典型植物抗性反应，随后，通过多种柱层析法对这些提取液进行了分离、提取和纯化。

最终，研究人员成功单离出两种被植物识别为异物的物质：诱导活性氧生成的神经酰胺化合物（Pi-Cer D）和诱导抗菌物质生产的二酰基甘油（Pi-DAG）。

用Pi-Cer D处理马铃薯叶时，诱导了叶活性酶。用Pi-DAG的部分结构二十碳五烯酸（EPA）处理马铃薯块茎时，马铃薯块茎中产生并积累了抗菌物质卵磷脂。研究人员确认到无论哪种处理，之后该病原菌引起的感染都能得到很大程度的抑制。

当用Pi-Cer D处理马铃薯叶片时，会诱导叶活性酶的生成。而用Pi-DAG的部分结构——二十碳五烯酸（EPA）处理马铃薯块茎，块茎中则产生并积累了抗菌物质卵磷脂。研究证实，这两种处理方式都能大幅度抑制之后添加的马铃薯致病疫霉菌引起的感染。

研究团队进一步调查了Pi-Cer D、Pi-DAG被植物识别的结构，发现其分别为9Me-Spd、5、8、11、14-TEFE，均为植物中不存在但真菌和卵菌特有的结构。研究表明，这些结构存在于病原菌的细胞膜中，是植物识别病原菌时作为指标的微生物相关分子模式（MAMPs）。研究还证实，当用Pi-Cer D、Pi-DAG处理植物后再添加病菌时，马铃薯的感染情况可抑制90%以上，抗性显著增强。

研究人员通过对用Pi-Cer D和EPA处理过的植物基因表达进行综合分析和比较，发现这两种物质分别激活了一组不同的基因表达。研究还表明，这些物质分别通过不同的植物受体被识别。此外，将两种化合物混合后再进行处理时，据称发现了许多在单独处理时未见反应的基因表达。

这次发现的两种物质不仅能诱导马铃薯产生抗性，还能诱导水稻和拟南芥（十字花科）等植物产生抗性。这个特点表明，它是一种植物共有的病原菌识别机制。

竹本教授表示：“我们正在着手研究植物是如何识别此次发现的病原菌的结构的。传统农业生产采用的是给作物充分施肥，使用杀菌剂和杀虫剂尽可能抑制病虫害的种植方法。这是支撑我们饮食生活的完整技术，但考虑到对环境的负担，我们需要向可持续农业转变。作为转变的途径之一，被称为生物刺激剂（免疫激活剂）的材料备受期待。未来如果能发现众多这样的生物刺激剂，并阐明其功能，我们就有可能通过生物刺激剂对植物产生各种作用，实现可持续农业。”

原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部

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