科學家揭示大麥與一種真菌病原體之間的“軍備競賽”

來自萊布尼茨植物生物化學研究所（IPB）的科學家與科隆大學的合作伙伴一起，在大麥中發現了一組新的防禦物質，它們對廣泛的真菌病原體有效。唯一的例外是根腐病原體 Bipolaris sorokiniana。這種真菌中和了防禦物質，並利用它們更好地生長。

該研究的結果最近發表在分子植物上。

研究人員令人印象深刻地展示了病原體不僅如何繞過植物的免疫系統，甚至還成功地利用它爲自己謀利。

真菌病原體在大麥、玉米、小麥等各類作物中造成了重大的產量損失，尤其是在較溫暖的地區。

然而，受感染的植物並非對病原體的攻擊毫無防禦能力。一旦微生物進入根組織，植物就會產生一系列不同的防禦物質，這些物質被稱爲植物抗毒素。每種植物都有屬於自己的植物抗毒素庫。防禦化合物在結構上非常多樣，因此使用不同的作用機制來阻止病原體。

IPB 的科學家們如今在讓大麥植株的根部感染了各類真菌病原體之後，檢測出了許多新的植物抗毒素。

所發現的這些防禦代謝物屬於二萜類物質。

源自大麥（Hordeum vulgare）的拉丁名，它們因而被命名爲 hordedanes。

在受感染的大麥根部總共檢測到了 17 種不同的 hordedanes。

科學家們還成功闡明瞭植物內部致使這些 hordedane 化合物產生的代謝途徑。

Hordedanes 是一種廣譜抗真菌劑。

最爲重要的是，它們能抑制孢子萌發以及一些有害和有益真菌物種的生長。

然而，令人驚訝的是，出現了一個例外：真菌 Bipolaris sorokiniana 的生長不僅未受 hordedanes 的影響，甚至在這些原本爲了抵禦它而產生的植物抗毒素存在的情況下，生長得更爲良好。

這是利用防禦能力減弱且無法再產生大麥二烯的大麥突變體發現的。

索氏平臍蠕孢在這些突變體裡的生長速度比在野生型植物裡慢。

這種真菌反攻的確切機制目前還不清楚。然而，針對最突出的大麥二烯化合物 19-β-羥基-大麥三烯酸（19-OH-HTA）展開的進一步研究顯示，索氏平臍蠕孢能夠氧化 19-OH-HTA 並將其與真菌代謝物相結合。

這顯然抵消了植物抗毒素的作用。

同時，真菌改變了它寄生的存在形式。索氏平臍蠕孢最初以活的植物細胞爲食，隨後將其破壞。

病原體在活細胞中生長得非常迅速，而在死亡的植物組織中，它會形成更多孢子來感染新的寄主植物。

通過將植物中的霍德丹類物質轉化爲真菌結構，病原體能夠激活分子信號鏈，使其植物宿主細胞存活更長時間，而非立即將其殺死。科學家們認爲，這有利於更長且更成功的生長階段。該真菌折斷植物嫩枝的尖端，並將之用於自身生長。

該研究清楚地表明，病原體與其植物宿主之間的相互作用非常複雜，目前仍瞭解甚少。在這種相互作用中，病原體是進化的驅動力。它們迫使宿主不斷髮展新的適應性反應，而這些反應反過來又被病原體挫敗、超越或加以利用。通過這些相互的反擊，所有相關生物都在不斷進化。