由名古屋大学基因实验设施的多田安臣教授和野元美佳助教与名古屋大学研究生院理学研究家松村护（研究生）等人组成的研究团队宣布，发现拟南芥等植物在感知到雨水后会激活免疫系统。分析植物受到雨水刺激时所表达的基因后发现，叶表的毛状细胞可以感知到传播病原体的雨水，为预防病原体入侵，便会激活免疫系统。该成果有望用于植物的病害防治。相关内容已经发布在国际科学期刊《Nature Communications》的3月8日号上。
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A：叶子表面的毛状细胞（毛状体）感测到力时，如绿色所示，会在毛状体周边的组织中诱导钙波。使用导入了可将细胞内的钙离子（Ca2+）浓度作为GFP荧光可视化的GCaMP3的基因重组植物。可以看出，钙离子流入了钙波周边的组织。
B：雨水激活免疫系统，抑制黑斑病菌形成黑斑。（供图：名古屋大学）
植物与动物一样，也有免疫系统，通过感知病原体并表达免疫相关的基因来预防感染。已知感染植物的细菌和病毒等病原体是通过雨水传播的,但此前一直不清楚植物如何对雨水做出反应的。
此次，研究团队分析了拟南芥遇到雨水时会表达什么基因。
具体来说，研究团队制作了一个可以向叶子施加日本平均雨滴大小和压力的装置。利用RAN-seq法分析了拟南芥淋雨时表达的基因。
图2：植物叶子表面的毛状体会识别雨水等产生的力，并激活免疫系统（供图：名古屋大学）
实验结果显示，植物淋雨时会表达免疫相关的基因簇。这些基因簇受钙调蛋白结合转录激活因子（CAMTA）控制。另外还确认，这种因子的功能受Ca2+控制，CAMTA突变体不会发生免疫反应。
因此，为实际确认植物细胞内的Ca2+浓度是否会升高，研究团队导入基因制作了可以荧光检测Ca2+的拟南芥，观察了雨水诱导的反应。
结果显示，雨水会被叶子表面存在的毛状细胞（毛状体）感知到。研究发现，毛状体发挥传感器的作用，感知到雨水后，会立即在毛状体周边的细胞中诱导钙波，从而激活免疫系统。
为验证免疫系统的激活，研究团队实施了向经过雨水处理的拟南芥和未经雨水处理的拟南芥叶子接种黑斑病菌进行了比较实验。由此确认，经过雨水处理的叶子与未经雨水处理的叶子相比抑制了病斑的形成。
该成果有助于阐明植物的免疫系统机理。另外，发布病虫害等警报时，通过提前进行机械刺激，还有望抑制造成的损害。
除雨水外，向毛状体施加力的要素还有风和昆虫等因素，但目前已确认，即使是相对较强的风也不会激活免疫系统。
多田教授表示：“今后将验证毛状体是否只能感知到雨水，以及其他植物是否也能同样激活免疫系统等。另外，还打算确定与传感器有关的基因。”
【论文信息】
期刊名称：Nature Communications
论文题目：Mechanosensory trichome cells evoke a mechanical stimuli?induced immune response in Arabidopsis thaliana
DOI：10.1038/s41467-022-28813-8
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
