來源：環球科學

　植物大戰僵尸（圖片來源：Pop Cap）

　　植物不一定能打僵尸，不過可以被寄生物變成“僵尸”，長成寄生物需要的樣子。為了保護植物，一群科學家開始尋找它們變成“僵尸”的原因，并試圖阻止寄生物的行動……

　　撰文|栗子

　　審校|二七

　　你或許聽說過，有些寄生物能把宿主變成“僵尸”，任憑擺布。比如，一種名叫偏側蛇蟲草菌（Ophiocordyceps unilateralis）的真菌，可以寄生在螞蟻體內。被感染的螞蟻，會走出原本生活的蟻穴，爬上附近的植物，咬住一片葉子的葉脈。從此，螞蟻便留在了那里，而它所在的高度，剛好有適合真菌生長的溫度和濕度。

　　如果說，失去自我的“僵尸”動物，余生只能做寄生物的奴隸，那失去自我的“僵尸”植物也很難有更好的結局吧？可最近發表在《細胞》（Cell）雜志的一項研究告訴我們，有種“僵尸”植物獲得了“長生不老”的能力。

　　是什么讓它活得更久？

　　有一類寄生在植物體內的細菌，叫做“植原體”（phytoplasm）。我們熟悉的不少作物都會因為植原體而生病，比如洋蔥、芹菜、胡蘿卜等等。這是因為，植物被植原體入侵后，原本的生長發育節奏會遭到篡改，一種常見的癥狀便是枝葉生得異常濃密，從一個點長出許多枝條，好像“女巫的掃帚”一樣。

松樹長成了“女巫的掃帚”（圖片來源：David Martinson）

　　這樣的現象也被稱為“叢枝病”，會嚴重影響作物的產量。英國約翰·英尼斯中心（John Innes Center）的科學家很想知道，植原體到底對植物做了什么，才讓它們如僵尸暴走般瘋長枝葉。

　　很多時候，寄生物是靠自身分泌的物質來操控宿主。于是，科學家開始調查植原體分泌的物質，具體來說是“翠菊黃化叢枝植原體”（AY-WB）菌株分泌的蛋白質。先前，其他研究團隊曾給這個菌株做過DNA測序，并找到了56種分泌蛋白，把植物變成“僵尸”的兇手可能就在里面。這次，科學家的研究對象便是其中一種蛋白，名為SAP05。

　　研究者用這種蛋白去“感染”了一種名為擬南芥（Arabidopsis thaliana）的植物，觀察它會不會長成“女巫的掃帚”，或是出現其他異常。他們“感染”植物的手段非常獨特，是讓植物自己生產：把SAP05的基因插入植物的染色體里，它就能制造SAP05了。

培養10周后，右為被SAP05支配的擬南芥，左為對照（圖片來源：原論文）

　　結果發現，擁有SAP05蛋白的植物不需要細菌寄生，就能篡改自己的生長發育節奏，成長為“女巫的掃帚”（如上圖右）。除此之外，在其他同類慢慢成熟、慢慢衰老的時候，基因改造過的植物還在不斷長出更多的幼態葉。與同伴相比，它大概稱得上“永葆青春”了。而維持在幼年形態的植物雖然活得更久，卻不能像同伴一樣進行生殖活動，這或許就是不變老的代價吧。

　　科學家表示，基因編輯過的擬南芥，和真正被植原體寄生的擬南芥，形態十分接近。因此他們相信，植原體寄生植物時，就是靠SAP05這種蛋白把它們變成“僵尸”的。

　　那么對植原體來說，如此操控植物有什么好處？作為細菌，植原體的傳播需要媒介：通常是昆蟲吸食植物汁液時，順便把植原體送進植物體內。若植物壽命變長，能接納更多的昆蟲前來用餐，植原體也可乘著“交通工具”，前往更多的植物體內寄生，實現更廣泛的傳播。

培養15周后，在SAP05支配下生長的“掃帚”更濃密了（圖片來源：原論文）

　　看來，篡改植物生長發育節奏的確對植原體有利。不過，它分泌的SAP05蛋白究竟是怎么做到這一點的？

　　蛋白質“垃圾分類”

　　一種蛋白質要發揮作用，總得與其他分子結合。而被SAP05蛋白結合的物質，很可能和植物的生長發育密切相關。

　　科學家發現，植物體內的兩種物質——SPL轉錄因子和GATA轉錄因子，都是SAP05“綁架”的對象，也都是植物生長發育中不可缺少的角色。其中，SPL轉錄因子幫助植物從幼年期轉向成年期，從營養期轉向生殖期；而GATA轉錄因子主要負責調節光合作用、葉片發育和花器官發育。

SAP05阻礙植物發育成熟（圖片來源：原論文）

　　這兩種物質一旦被SAP05蛋白“抓住”就危險了。SAP05主要的工作地點在植物韌皮部的篩管細胞：那是負責向生長中的植物組織輸送營養的細胞，里面還有一套回收系統，在清理無用的垃圾蛋白。SPL轉錄因子和GATA轉錄因子，原本不是垃圾蛋白。但被SAP05結合后，系統會將它們識別為垃圾蛋白并降解掉。也就是說，SAP05是借植物自身的機制，除掉了對植物有用的物質。

　　被SAP05抓住的兩類蛋白，遭到了蛋白酶體的降解（圖片來源：原論文）

　　從此，植物的生長發育開始紊亂：保持著幼年的特征卻按時開花，開出的花又無生殖能力，最終長成“女巫的掃帚”。這是兩類轉錄因子同時被破壞的結果。假如只破壞SPL轉錄因子，或者只破壞GATA轉錄因子，植物都不會徹底患上“叢枝病”。

　　同時，研究者還發現，垃圾回收系統清理了不該清理的兩類蛋白，不僅僅是因為這兩類蛋白被“綁架”，而是連負責清理工作的蛋白酶體也被“綁架”，才執行了錯誤的任務。

　　昆蟲會變“僵尸”嗎？

　　身為垃圾回收工具的蛋白酶體之所以遭到“綁架”，是因為它有個亞基被SAP05蛋白結合了。研究團隊因此想到，傳播植原體的昆蟲葉蟬體內也有這個亞基的同源物。那昆蟲會不會也被細菌分泌出的SAP05蛋白變成“僵尸”？

　　但實驗結果顯示，SAP05并沒有結合昆蟲的蛋白酶體。雖然有同源物，但兩個氨基酸的微小差別（如下圖），保護了昆蟲的蛋白酶體。

亞基RPN10的氨基酸序列中的38號和39號，植物體內為GA，昆蟲體內為HS（圖片來源：原論文）

　　發現這個差別之后，科學家又有了新的想法：用基因編輯把植物的這兩個氨基酸改成和昆蟲一樣，植物不也能抵抗SAP05的傷害了嗎？實驗證明他們想的沒錯，經過基因編輯后，那些被垃圾回收系統錯誤處理的蛋白，又重新獲得了生存空間，被降解掉的比先前少了。

　　雖然“氨基酸修改版”的植物在被植原體寄生后，明顯比野生型的同伴更短命，且依然不能生育，團隊還是從中看到了阻止植物變“僵尸”的希望。

　　不論如何，科學家們終究是站在保障作物產量的角度考慮問題。至于植物是想變成“僵尸”活得更久還是想要生育能力，誰知道呢？