在植物基因轉殖的世界裡，農桿菌 (Agrobacterium tumefaciens) 是主角之一。它能幫忙科學家們把特定的DNA以 T-DNA 的方式塞進植物基因體，就像郵差把信送進信箱。這套機制讓我們能在植物裡快速導入特定基因，是現代植物生物技術的重要工具。
不過，來自美國加州大學柏克萊分校與 Lawrence Berkeley 國家實驗室的研究團隊，研究了農桿菌的「感染動力學」後發現：「農桿菌越多，感染效率反而越差！」
研究團隊使用顯微鏡觀察每一個被感染的細胞後，眉頭一皺--情況並不是這麼單純。
他們發現，當他們把許多不同的農桿菌菌株混在一起，雖然每株的數量沒變，但整體感染效率卻下降了。
為什麼會這樣呢？研究團隊發現，感染（轉殖）效率之所以下降，是因為這些農桿菌之間會「彼此干擾」，也就是所謂的拮抗作用（antagonism）。
而且，這些農桿菌並不是在搶位子，也不是搶食物。他們的干擾作用是因為引發了植物的免疫反應，導致整體轉殖效率下降。
高濃度的農桿菌會讓植物開始產生 ROS（活性氧），就像有人在「鮑魚之肆」想要靠著噴灑室內芳香劑來掩蓋臭味一樣，兩種味道一混合，反而讓我們覺得噁心，趕緊摒住呼吸、戴上口罩一樣。
不過，農桿菌的行為，比我們想的要複雜。研究團隊發現，農桿菌不只會互相干擾，某些農桿菌之間竟然還會「互相幫忙」！
當菌株攜帶「pTi 質體」並且濃度夠低時，它們會促進其他菌株的 T-DNA 表現，這種現象被稱為協同作用（synergy）。
而且這種幫忙不是靠群體感應（quorum sensing）這種大家熟悉的菌群通訊機制，而是藉由VirE2 等 effector 蛋白的「外釋輔助」完成的。
VirE2如何幫忙呢？由於這個蛋白是負責包覆與保護T-DNA的蛋白質，研究團隊懷疑它會透過幫忙包覆別人的T-DNA，來協助別的農桿菌。
於是，他們測試了沒有VirE2與有VirE2的農桿菌來作為協同菌。結果發現，這種協同作用，當沒有了VirE2時就不會出現；但是如果他們把VirE2放回去，那麼協同作用就恢復了。
所以，很可能VirE2 不只是作用在自己的 T-DNA 上，而是「外釋到細胞質」中，幫忙把其他農桿菌菌株的 T-DNA 包覆與保護，從而提升其表現。這就像當我們與朋友一起去游泳，朋友走出更衣室時你發現他衣服沒穿好，就會拿自己的大毛巾幫朋友遮住是一樣的（XD）。
既然菌太多其實不好，但是如果我們想要一次送進多種不同的轉殖基因怎麼辦呢？想像一下，如果每個菌株只能帶一份 T-DNA，那要表現 14 個基因（例如生產 glucoraphanin 這種健康代謝物）就得混 14 株菌。這樣總菌量會非常高，導致拮抗作用大爆發。
為了解決這問題，研究團隊創造了被他們稱為「BiBi system」的新工具。這個新工具，讓一隻菌能夠同時帶兩個不同的質體！
過去大家都以為，一隻農桿菌只能有一個質體。不過在2000年時，就已經有人發現，如果使用的質體有不同的replication origin（ori，DNA複製起點），那麼農桿菌還是容得下兩個、甚至三個質體的；不然雙載體系統是怎麼產生的呢？
在這個研究中，研究團隊用了兩種彼此相容的 ori。一個是高拷貝數的pVS1 ori，另一個是中拷貝數的BBR1 ori。
這樣，即使要轉進大量的基因，所需要的菌株數目也只有原來的一半，大大降低所需的總菌量，也降低了觸發植物免疫的風險。
更棒的是，即使在低濃度條件下，BiBi 系統的轉殖效率遠遠高於傳統混菌法，而且這種策略還可以套用到各種代謝工程應用。
看到這裡，大家可能會有個疑問：為什麼要一次轉進去N個（N>1）基因呢？
通常一次轉入多個基因，是為了節省篩選標記的使用。畢竟植物裡面能用的（抗生素）標記就這麼多，而當我們的目標是要在植物中建立起一個完整的代謝途徑時，為了不要太快用完可用的篩選標記，科學家會用一個篩選標記來轉入多個基因。當然，篩選標記進去了，也不代表全家都上船了；過後還是得用其他方法來做進一步的篩選與確認，如PCR就是很常用的方法。當然，在這樣的狀況下，既然BiBi 系統的轉殖效率遠遠高於傳統混菌法，能夠使用BiBi 系統還是會令人感到開心的。
總而言之，這項研究顛覆了我們對農桿菌行為的基本理解。他們發現，農桿菌不是一個個獨立行動的「小郵差」，而是會彼此干擾或合作的社會型細菌。因此，要提升轉殖效率，並不是韓信點兵，越多越好，而是要「聰明加菌」。
參考文獻：
Alamos, S., Szarzanowicz, M.J., Thompson, M.G. et al. Quantitative dissection of Agrobacterium T-DNA expression in single plant cells reveals density-dependent synergy and antagonism. Nat. Plants (2025). https://doi.org/10.1038/s41477-025-01996-w
