水稻的秘密武器：植物如何感知病毒並啟動防禦機制？

水稻。圖片取自維基百科。

當我們生病時，身體會透過免疫系統來對抗病毒，例如產生抗體或發炎反應。植物當然也有自己的「免疫系統」，能夠感知病毒的入侵並啟動防禦反應。最近，一篇發表在《Nature》的研究發現，水稻擁有一種特殊的分子感測器，可以偵測病毒的入侵，並迅速發動「化學戰」，阻止病毒擴散。

與動物病毒依賴「受體」進入細胞不同，植物病毒通常是被昆蟲直接「注射」到細胞內。因此，科學家一直在尋找：水稻是如何知道自己被感染的？這個問題直到最近才有了解答。

研究人員發現，水稻透過一種泛素連接酶 OsRBRL 來感知病毒感染。這個蛋白的功能就像是一個「病毒探測器」，當它偵測到 RSV 的「衣殼蛋白（CP, Coat Protein）」後，便會啟動一系列防禦機制。

他們是怎麼找到這個基因的呢？研究團隊讓水稻透過攜帶RSV的小褐飛蝨來自然感染 RSV，然後分析感染後細胞內有哪些蛋白質可以與RSV的衣殼蛋白結合。他們發現，RSV 的衣殼蛋白會進入細胞核，並與 OsRBRL 直接結合。這表示 OsRBRL 是水稻辨識病毒的第一道防線！

當 OsRBRL 感應到病毒的衣殼蛋白後，它會標記並分解一種叫做 NINJA3 的轉錄抑制蛋白，進一步釋放出植物的「茉莉酸（JA, Jasmonate）」訊號。這個過程類似於按下「緊急啟動按鈕」，讓水稻細胞迅速發動防禦反應。

這個反應包括了以下的幾個步驟：首先，病毒衣殼蛋白（CP）與 OsRBRL 互動，觸發抗病毒機制。接著，OsRBRL 泛素化 NINJA3造成NINJA3分解，解除茉莉酸訊息傳導路徑的抑制。

於是，茉莉酸訊息傳導啟動，抗病毒蛋白 AGO18 的表現量上升， RNA 干擾（RNAi）系統的活性上升，進行病毒 RNA的清除。於是，病毒複製被抑制，感染的程度降低。

這項研究解釋了植物如何「感知病毒」，並發現了一個前所未見的抗病毒分子機制。過去，我們只知道植物利用 RNA 沉默（RNAi）來對抗病毒，但卻不清楚植物是怎麼「知道」自己被感染的。現在，我們知道原來 OsRBRL 就是這個「感測器」。

少了這個「感測器」，對水稻會不會有影響呢？研究團隊建構了剔除與高度表現OsRBRL的水稻。結果發現，突變株受 RSV 感染後症狀加重，JA 含量降低，抗病毒基因（AGO18）表現下降，且病毒累積量顯著增加；而高度表現RBRL 的植株，受 RSV 感染後症狀較輕，JA 含量提高，AGO18 表現增加且病毒累積量顯著降低。所以，少了這個「標兵」，對植物來說影響可不小！

更令人驚訝的是，研究團隊發現 OsRBRL 也能感應水稻矮化病毒（RDV, Rice dwarf virus）！也就是說，這個機制可能不只針對 RSV，而是可以幫助水稻對抗多種昆蟲傳播的病毒。

這個發現對於農業有極大的應用價值。如果我們能夠透過基因編輯技術（CRISPR）或分子育種來強化 OsRBRL 的功能，那麼我們就能培育出更加抗病的水稻品種，減少農藥的使用，提高作物產量，確保全球糧食安全。

這項發現不僅加深了我們對植物免疫系統的理解，也為未來的農業科技開啟了新的可能性。或許在不久的將來，我們能夠種出更健康、更強壯的水稻，來對抗大自然中的病毒挑戰！

參考文獻：

Huang, Y., Yang, J., Sun, X., et al. (2025). Perception of viral infections and initiation of antiviral defence in rice. Nature. DOI: 10.1038/s41586-025-08706-8