虽然雨水对植物的生存至关重要，但它也含有会对植物造成伤害的细菌和其他病原体。那么植物如何保护自己免受这种威胁？名古屋大学研究人员及其同事最近的一项研究显示，当植物暴露在雨水中时，叶子表面被称为毛状体的毛状结构将这种雨水识别为导致疾病的风险因素，然后激活其免疫系统以防止感染。



这些研究结果发表在《Nature Communications》上，这可能有助于开发保护植物免受雨水引起的传染病的方法。


就像人类和其他多细胞生物体一样，植物也有自己的免疫系统。当植物检测到病原体时它们会表达免疫相关的基因以防止自己被感染。雨滴含有病原体如细菌、丝状真菌和病毒，因此可以在植物中引起疾病。考虑到这一点，研究人员假设，植物可以认识到雨是一种疾病的风险因素并作出反应，从而以某种方式保护自己免受这种风险。


为了弄清植物如何对雨水做出反应，名古屋大学的Yasuomi Tada教授和Mika Nomoto助理教授领导的一个研究小组利用拟南芥幼苗进行了一项研究。该小组首先进行了RNA测序分析以检查哪些基因在暴露于雨水时在叶片中表达。结果他们发现，几个主要的免疫相关基因在对雨水的反应中被表达，并且这些基因被称为CAMTAs（钙调素结合的转录激活因子）的免疫抑制基因所调控。


由于CAMTAs是由钙离子（Ca2+）控制，该团队假设，雨是为了增加细胞中的Ca2+浓度。因此，他们通过将GCaMP3--一种在跟Ca2+结合时发出绿色荧光的基因--引入叶片以研究拟南芥叶片中的Ca2+水平如何对雨水做出反应。结果他们发现，当叶子暴露在雨中时，叶子表面的毛状体周围的Ca2+水平增加。


这一结果表明，毛状体感觉到雨水是一个风险因素，并诱导钙波穿过叶片从而使免疫抑制剂CAMTA失活，进而激活免疫相关基因。为了证实这一点，研究人员之后使用了缺乏毛状体的拟南芥突变体以同样的方式进行实验，结果显示，钙波的传播在突变体中受到影响。


Tada教授说道：“从这些结果中，我们证实了毛状体在感知雨水这一风险因素和激活免疫反应方面发挥着作用。我们的发现表明，我们可能能在任何时间和任何长度的时间内人为地提高植物对疾病的防御能力。通过利用这项技术，我们可以使在环境条件恶劣到可能导致植物生病时激活作物的免疫反应，这可能会代理作物产量稳定的好处。”