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本週的帖子是與 Plant Scientist 部落格的 Sarah Shailes (@SarahShailes) 進行部落格互換的一部分。您可以在她的部落格上閱讀我關於植物防禦細菌的帖子。
豆科植物（例如豌豆、大豆）的成員可以與稱為根瘤菌的固氮細菌形成共生關係。作為回報，植物從根瘤菌那裡獲得含氮化合物（例如氨），植物為根瘤菌提供糖分，並在植物根部稱為根瘤的特殊器官中提供住所。為了建立共生關係，豆科植物和根瘤菌之間需要進行通訊。植物釋放黃酮類化合物，根瘤菌透過產生結瘤因子 (NFs) 來響應。NFs 啟用植物根部中的訊號通路，從而導致根瘤形成和根瘤菌的感染。整個過程稱為結瘤作用。
有趣的是，植物釋放的黃酮類化合物還可以誘導根瘤菌中 III 型分泌系統的啟用 (1)。III 型分泌系統常見於病原菌中，它們像針頭一樣將“效應分子”注入宿主，以在感染期間抑制防禦。那麼，它在結瘤作用中起什麼作用呢？
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到目前為止，證據呈現出複雜的情況。對於不同的細菌-植物宿主配對，III 型分泌系統似乎能夠幫助或阻礙結瘤作用 (2)。任何對結瘤作用的阻礙都可能是由於植物宿主將根瘤菌注射的效應分子識別為“危險”並激活植物防禦所致。但是，效應分子如何促進結瘤作用呢？
在最近發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS) 上的一篇論文中，作者研究了大豆和慢生根瘤菌 (Bradyrhizobium elkani) 之間的共生關係 (2)。與野生型慢生根瘤菌相比，B. elkani III 型分泌 (T3S) 突變體在野生型大豆上形成的根瘤更少。當透過使用植物 NF 受體突變體 (nfr1) 和 B. elkani nodC 突變體（不能產生 NFs）消除 NF 訊號傳導時，根瘤甚至更少。當使用 B. elkani nodC/T3S 雙突變體時，大豆 nfr1 突變體中幾乎沒有形成根瘤。因此，III 型分泌促進結瘤作用與 NF 識別無關。因此，對於大豆和慢生根瘤菌形成共生關係，需要 NF 訊號通路或 III 型分泌系統，但最好兩者都需要。
該小組還對結瘤作用期間大豆根中的基因表達進行了微陣列研究。他們發現，在豆科植物中 NF 訊號傳導期間眾所周知的兩個上調基因（NIN 和 Enod40）也被根瘤菌 III 型分泌系統上調 (2)。因此，注入大豆的效應分子激活了 NF 識別下游的結瘤訊號傳導。
因此，豆科植物和根瘤菌物種形成共生關係的能力可能會受到 III 型分泌系統釋放的效應分子的積極或消極影響。這是一個令人興奮的進展，研究界期待找出效應分子的身份及其在豆科植物中的靶標。
參考文獻
1. Wassem 等人。(2008)。TtsI 透過結合 tts 盒調節根瘤菌 NGR234 中的共生基因。《分子微生物學》。
2. Okazaki 等人。(2013)。根瘤菌 III 型分泌系統劫持豆科植物結瘤訊號。《美國國家科學院院刊》(PNAS)。
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