植物叶片上分布着许多被称为气孔的小孔,它们是气体交换的通道,负责释放水分和吸收二氧化碳。在干旱条件下,气孔会自动关闭以防止水分流失。然而,最新研究发现,气孔在遭遇细菌攻击时也会迅速关闭,作为防御机制。但某些植物病原体能够分泌一种名为冠菌素的毒素,模拟植物激素,诱导气孔重新开放,从而侵入植物体内。
与真菌不同,细菌无法直接穿透植物表皮,必须通过气孔等天然开口进入。美国密歇根州立大学的分子植物病理学家Sheng Yang He推测,气孔可能在抵御细菌感染中发挥主动作用。为了验证这一假设,研究团队将拟南芥叶片暴露于细菌中,发现气孔在1小时内自动关闭。即使面对无害细菌,气孔也会持续关闭8小时。然而,当遇到真正的植物病原体——丁香假单胞菌(Pseudomonas syringae)时,关闭的气孔在3小时后重新开放。该研究成果发表于《细胞》杂志。
进一步研究表明,丁香假单胞菌含有一种名为冠菌素的毒素,它模拟植物激素,促使气孔开放。缺乏冠菌素的突变菌株无法诱导气孔开放,但若直接注入植物体内仍能致病,说明冠菌素的主要作用是“撬开”气孔。研究参与者Maeli Melotto指出,许多植物病原体利用冠菌素来抑制植物防御。
英国伦敦皇家学院的植物病理学家John Mansfield评价称,这项研究的关键意义在于表明气孔是“植物抵御细菌入侵的主要手段”。他认为,通过模拟自然条件,该研究“使我们深刻了解了细菌病原体运作的内部小环境”。以往许多研究将细菌直接注射入植物体内,忽略了自然感染途径,而这项研究揭示了气孔在植物免疫中的重要作用。