植物抗病機制

HbCIPK2 賦予鹽與乾旱的耐受性，並且能夠與 Fd 交互作用，暗示 Fd 可能調 控鹽害與乾旱逆境 (Zhang et al., 2015)。在熱逆境時阿拉伯芥增量表現含有葉綠 體蛋白的 PFLP，能夠降低 H2O2 含量、MDA 累積與離子滲漏，並且利用 RNAi 降低阿拉伯芥內源性的 AtFd1 與 AtFd2 時，會降低抗壞血酸 (ascorbate) 與增 加植物產生不良的反應，由此 Fd 可能與 ascorbate 調控有關，來增加植物對熱 逆境的耐受能力 (Lin et al., 2015)。由這些文獻可知光合作用型硫鐵蛋白具有參 與非生物逆境的調控能力，因此非光合作用型硫鐵蛋白 AtFd3 基因具有抵抗非 生物逆境的潛力。。

第二節、植物抗病機制 壹、植物之過敏性反應

在病原菌攻擊植物時，植物會在幾個小時間產生大量的 HR，能夠在植物外 觀上產生壞疽的現象。病原菌相關分子物質 (pathogen associated molecular patterns, PAMPs) 統稱為激發子 (elicitors)，能夠誘發植物產生的 HR 反應。病 原菌產生的致病 (avirulence, avr) 基因直接或間接被植物的 R 基因辨認決定 HR 的產生。植物辨認的病原菌時，經由鈣離子通透影響鐵離子的流動與藉由細 胞膜上的 NADPH oxidase 產生 ROS，將病原菌的訊號經由傳遞路徑放大，進而 誘導大量的抗性基因表現、 ROS 路徑保護機制或細胞凋亡抵抗病原菌過程稱為 HR (Morel and Dangl, 1997)。

一、ROS 誘導劑誘導 HR

二氯苯基二甲脲 (DCMU) 為 ROS 誘導物，在植物的葉綠體行光合作用時，

阻斷電子從 PQ 傳遞到光系統 I，使得植物產生 ROS 誘導 HR 反應。甲基紫 精 (Methyl Viologen) 為 ROS 誘導物，在植物的葉綠體行光合作用時，阻斷電 子從光系統 I 傳遞到 NADP+，使得植物產生 ROS 誘導 HR 反應 (Taiz and Zeiger, 2010)。H₂O₂ 為 ROS 成員之一，能夠使得植物誘導 HR (Levine et al., 1994)。 Fd 具有將電子傳遞給氧化還原酵素超氧化歧酶 (superoxide dismutase,

8 導系統性獲得抗病 (systemic acquired resistance , SAR)，並增加基因水楊酸 (Salicylic Acid, SA) 標記基因 pathogenesis-related protein (PR1) 與 PR2 基因表 現量，當阿拉伯芥 nim1 (non-inducible immunity) 基因突變時，處理 Harpin 後 會使得對 SA 反應與 SAR 系統產生缺陷 (Dong et al., 1999 )。菸草葉片處理 Harpin 誘導 HR 時，會誘導 SA 路徑的標記基因 PR1、PR2 與 PR3 表現量增 加，並且透過 mitogen-activated protein kinase (MAPK) 作用活化病原菌相關基因 HIN1 增加表現量 (Lee et al., 2001)。阿拉伯芥細胞處理 Harpin 誘導 HR 時會 增加 H2O2 與 nitric oxide (NO) 含量、造成植物細胞死亡，並且增加移除 alternative oxidase (AOS) 的 Alternative oxidase 1a (AOX1a) 基因的表現量 (Krause et al., 2004)。阿拉伯芥處理 Harpin 時誘導植物產 HR 反應，並且增加 (protease) 路徑，增加對 P.carotovorum subsp. carotovorum 的抗病能力 (Ger et al., 2014)。由這些文獻可知經由 Harpin 誘導 HR 反應時，會誘導 ROS 路徑與

9 glutathione S-transferase (GST1)、Cu,Zn superoxide dismutase (SOD) 基因表現表現 量增加 (Ho and Yang., 1999)。菸草葉片滲漏青枯病菌時誘導 HR 反應，並且誘 導 SA 抗病路徑基因 PR1 表現量增加 (Kiba et al., 2003)。轉殖 PFLP 的阿拉伯 芥，需要在防禦反應快速磷酸化作用 casein kinase II phosphorylation (CK2P) 的 蛋白，並且在 Harpin 誘導 HR 時，增加 NADPH oxidase 基因的 atrboh D 基 因表現量，增強對青枯病菌的抗性反應 (Lin et al., 2011)。這些文獻表示，青枯 病菌在植物葉片上具有啟動 HR 反應的能力，同時也會增加 SA 標記基因 PR1 表現量，而光合作用型硫鐵蛋白能夠參與 HR 抵抗青枯病菌，因此將非光合作 用型硫鐵蛋白 AtFd3 基因增量表現在葉片上，具有參與青枯病菌誘導 HR 的潛 力。

貳、水楊酸與茉莉酸抗病路徑

病原菌攻擊植物時，植物辨認到病菌的 PAMP 後，會經由 ROS 誘導產生 荷爾蒙 SA 的累積，並啟動下游抗性基因表現，而其中常被使用的標記基因為 PR；另一方面 ROS 也能使得細胞膜質過氧化產生茉莉酸 (Jasmonic Acid, JA)，

同樣能夠調控細胞核的抗性基因表現，而其中常被使用的標記基因為 plant defence 1.2 (PDF1.2) (Kunkel and Brooks., 2002；Torres et al., 2010)，由 SA 與 JA 的標記基因表現量上升與下降可以知道植物是如何抵抗病原菌攻擊。

一、水楊酸抗病路徑標記基因 PR1 表現量影響植物對病原菌反應之案例 阿拉伯芥增加對病原菌感受性的 enhanceddisease susceptibility1 (eds1) 基因 突變時感染 P. syringae，使 pathogenesis-related 1 (PR1) 基因表現量降低，並且 增加對 P. syringae 感受能力 (Glazebrook et al., 1996)。阿拉伯芥感染 Erysiphe orontii 時，使 PR1、PR2 與 PR5 基因表現量增加，並且在阿拉伯芥 eds5 與 調控 SA 訊號傳遞路徑下游基因表現的 non-expresser of PR (npr1) 基因突變時 感染 Erysiphe orontii，使 PR1 基因表現量抑制，並且增加對 Erysiphe orontii 的 感受性 (Reuber et al.,1998)。阿拉伯芥累積 SA 含量的 SA induction deficient2 (sid2) 基因突變時，導致無法累積 SA 的含量，並在感染 Peronospora parasitica 與 P. syringae 時，更加容易感病，並且降低 PR1 基因表現量 (Nawrath and

10 Métraux., 1999)。番茄感染青枯病菌 Ralstonia solanacearum 時，誘導 PR1 基因 增加，並且能夠增加青枯病菌的抗病能力 (Milling et al., 2011)。由此可知植物增 加 SA 抗病路徑標記基因 PR1 時，能夠抵抗活體營養型病原菌。

二、茉莉酸抗病路徑標記基因 PDF1.2 表現量影響植物對病原菌反應之案例 阿拉伯芥增量表現 JA 生合成基因時，會使 PDF1.2 基因持續表現，同時增 加植物對灰黴病菌 Botrytis cinerea 的抗性 (Seo et al., 2001)。而在阿拉伯芥感染 炭疽病菌 Colletotrichum higginsianum 時，則會誘導 PDF1.2 基因表現量增加，

提升抵抗病原菌的能力 (Narusaka et al., 2004)。由此可知植物增加 JA 抗病路徑 抵抗死體營養型病原菌。

三、水楊酸與茉莉酸抗病路徑拮抗作用之案例

阿拉伯芥 eds4 與 phytoalexin deficient4 (pad4) 基因突變時，SA 累積會受 損，使得增加依賴 JA 防禦基因表現 (Gupta et al., 2000)；cpr6 突變株 SA 累積 量上升，同時增加依賴 SA 與 JA 防禦，經由與 eds5 雜交突變株降低 SA 表 現量，結果 PDF 1.2 基因表現量增加 (Clarke et al., 2000)。阿拉伯芥突變株 mitogen-activated protein kinase4 (mpk4) 時，SA 標記基因 PR1、PR2 與 PR5 增 加表現量與增加 SA 含量，但在 JA 標記基因 PDF1.2 抑制表現量 (Petersen et al., 2000)。阿拉伯芥 suppressor of SA insensitivity2 (ssi2) 突變株增加 PR1 基因 表現量，並在添加 JA 時抑制 PDF 1.2 基因表現量 (Kachroo et al., 2001)。阿拉 伯芥無法偵測到 JA 的下游路徑的 coronatine insensitive1 (coi1) 突變株感染 P.

syringae 時，增加 PR1 基因表現量並且增加 SA 含量 (Kloek et al., 2001)。這 些文獻顯示 SA 與 JA 的訊號傳遞彼此具有拮抗作用。

第三節、青枯病菌與炭疽病菌