成大教授郭瑋君團隊 發現新的植物抗病武器-SWEET2糖轉運蛋白

(中央社訊息服務20151130 13:47:26)微生物病害會影響植物的生長或產量，台灣處於亞熱帶，環境高溫多濕，有利微生物繁殖；以瓜苗、蔬菜苗來說很容易感染根腐病，若遭感染將嚴重損害收成，不利農民收益，農友多以噴灑農藥防範根腐病，但噴灑農藥對於來自土壤的微生物病害效果不盡理想，為此，經常出現農藥過量使用的問題，不僅帶來食安問題也污染環境。如何透由生物技術的研發來輔助永續農業生產是植物科學家重要的課題。

多年來植物科學家在概念上已知，植物藉由光合作用製造生長所需的糖，然而糖的運送過程中，一部份會分泌到根部以外，可能成為土壤病原菌感染植物時的養份來源，但植物怎會害自己得病？成功大學熱帶植物研究所郭瑋君助理教授率領團隊研究先大膽提出兩個假設，1、植物分泌到根部以外的糖與其感染病害有關。2、植物分泌糖的最初目的在與有益的微生物建立起共生機制。

為了驗証這兩個假說，郭瑋君助理教授研究團隊以阿拉伯芥的突變株建立研究模式，發現植物的液胞膜(細胞糖的儲存室)上存在著秘密防禦機制-糖轉運蛋白SWEET2；SWEET2的功能在抑制或調控植物根細胞之液胞內糖的輸出，糖輸出太多時SWEET2回收的能力會加強，以管控根圈土壤糖的含量；更重要的是，當阿拉伯芥根部被根腐病感染時，SWEET2基因可大量被表現，因此推論得知SWEET2功能提升時，可減少根圈糖的含量時，增加植物對病菌感染的抵抗性。

其主要遺傳証據來自於利用分子生物技術使SWEET2基因突變時—即沒有SWEET2轉運蛋白的植物，研究顯示缺乏SWEET2的植物，其根部輸出糖的比例會明顯增加，進一步透過同位素追蹤得知，糖輸出比例會由原本的15% 提高為30~40%，同時發現當SWEET2突變株感染根腐病時，菌孢子著生能力增加，也從而推測根圈土壤不尋常的高糖比例，可能滋養了有害植物的病菌。

那為何不一開始就抑制糖的輸出呢? 研究團隊也推測，植物之所以將糖分泌到根部以外，最初的目的是可能為了促進土壤中有益微生物的繁殖，好讓彼此生長均受益；而病原菌可能是在利用糖運送過程中”挾持”了部分的糖，正所謂”道高一尺，魔高一丈”。然而，植物仍演化出聰明的對策，植物同時具備調控根部糖輸出的機制，SWEET2回收的能力會加強，以限制土壤的含糖量有助降低病原菌著生，也增加植物本身對病菌感染的抵抗性。

這些創新研究成果論文已於8月刊載於植物科學高影響力The Plant Journal期刊。該團隊是全球第一個找到調控植物根部糖輸出機制，並提供遺傳證據，證實植物根部糖輸出可影響病原菌對根部的感染力。

郭瑋君助理教授表示，糖轉運蛋白SWEET2，可說是植物抗病的秘密武器。團隊的研究成果，可望開啟新的植物抗病機制研究，一旦了解糖輸出與有益或有害微生物互動的調控機制，或許可透過栽培方式或友善藥劑的使用，調節植物輸出糖分的活性，進而增進土壤內有益菌的生長，同時降低感染病菌的效果，以達到減少使用農藥。

郭瑋君助理教授最後表示，該項研究是自己4、5年前在美國卡內基植物科學研究所擔任博士後研究即開始的研究， 因此也感謝在Dr. Wolf Frommer所長及美國Virginia Tech 植病專家Dorothea Toll教授的國際合作下，使能在回台後能持續更深入之研究，終於獲致良好的研究成果。

訊息來源：成功大學

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